无刷双馈电机变频控制系统IGBT过流信号锁存电路

2018-12-18湖南利能科技股份有限公司邹国辉

电子世界 2018年23期

湖南利能科技股份有限公司邹国辉

本文介绍了一种新型IGBT过流锁存电路，通过简单可靠的电路来实现IGBT过流信号输出的锁存，以便于工程技术人员根据锁存的IGBT过流指示，查找并确定发生过流的IGBT模块。本电路巧妙的利用施密特触发器实现了IGBT过流信号的锁存于指示，减少了CPU运行工作量，提高了控制系统的稳定性与安全性。

1.概述

在过去30年中，电能变换是一个不断发展的领域，这个发展主要得益于功率开关速度的不断提高，而且器功率等级也持续增加。同时由于数字控制系统的实验更加容易且功能更加丰富，从而使之能够成为电力电子装置的控制器。在电力电子技术飞速发展背景下，IGBT模块使用越来越广泛，而IGBT过流保护信号是IGBT驱动电流必不可少的部分。IGBT过流信号发生时，需要控制系统快速封锁IGBT驱动信号，实现IGBT的保护，考虑到保护的可靠性和实时性，一般过流信号不会经过CPU处理后进行保护，而是直接通过硬件电路或CPLD实现，以此大多情况下IGBT过流信号不会进入CPU。

一般锁存电路均采用通用的数字锁存器，由于大部分IGBT驱动电路采用15V电源供电，因此IGBT提供的过流信号也是15V的电电路成本。

由于保护电路的存在，IGBT过流保护会随着IGBT驱动信号的封锁立即消失，这不利用保护电路实施保护，也不于开发调试人员和工程技术人员进行问题分析排查。

2.无刷双馈电机变频控制系统IGBT过流信号锁存原理

2.1 IGBT过流信号锁存电路

为解决上述技术问题本文巧妙地提出了一种简单的利用驱动电路中多余的施密特触发器组成的IBGT过流信号锁存与指示电路如图1。

主要包括锁存信号上电清除或外部清除、利用CD40106 斯密特触发器3进行IGBT过流信号锁存与指示。

锁存信号上电清除或外部清除电路，上电时通过阻容电流进行复位或外部CLR低电平清除锁存信号及指示。当CLR处电平低于5V时，施密特触发器输出15V高电平，此时指示灯不亮，施密特触发器输出的保护信号无效。

锁存信号上电清除或外部清除电路，上电时通过阻容电流进行复位或外部CLR 低电平清除锁存信号及指示。

IGBT过流信号锁存于指示电路，将斯密特除法器输入通过电阻、二极管钳位于施密特触发器回滞区间内，IGBT过流信号通过平信号。而大部分锁存器供电电源均低于此电压。因此不便与采用数字锁存器实现。

图1 无刷双馈电机变频控制系统IGBT过流信号锁存电路

另外，施密特出发器是IGBT驱动信号处理与信号整形的常用器件，一般用于IGBT驱动信号处理一个IGBT模块有两路IGBT驱动和两路IGBT过流信号。利用一片CD40106施密特触发器刚好可以完成一个IGBT模块所有驱动信号的整形和保护信号的锁存，节约了二极管连接施密特触发器输入端，用于实现上升延触发。

3.锁存电路工作原理

IGBT过流信号锁存于指示电路如图2。

图2 IGBT过流信号锁存于指示电路

将斯密特触发器输入通过电阻R1、R2、二极管D1钳位于施密特触发器回滞区间内（15V供电时回滞区间位5V～10V），IGBT过流信号通过二极管D2 连接施密特触发器输入端，用于实现上升延触发。当IGBT保护信号OC 由低电平变为高电平时，二极管D2导通，D1 截止，此时施密特触发器输入端电压大于10V，施密特触发器输出低电平，此时指示灯灭，施密特触发器输出的保护信号有效。当IBGT过流信号OC由于IGBT驱动信号被封锁，IBGT保护过流信号OC会立即变为低电平，当OC信号小于9.3V时，D2截止，D1导通，施密特触发器输入被钳位在9.3V左右，此时施密特触发器输出仍为低电平，即施密特触发器输出的保护信号仍有效，指示灯仍不灭，从而实现了锁存。

当需要清除锁存信号时，在CLR处提供一个低电平信号，可以将锁存的IGBT过流保护信号清除。下次IBGT保护过流信号OC有效时，同样可以实现锁存。