專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車(chē)制動(dòng)設(shè)備，具體涉及一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法”，專(zhuān)利號(hào) 200510034403. 9，公開(kāi)了一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器，同其他傳統(tǒng)電渦流緩速器驅(qū)動(dòng) 控制器，采用具備各種輔助電路的智能功率模塊(BTS550P)作為功率器件，但其耐壓只有 40V,極容易失效，是失效率高的根本原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何提供一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制 方法，能更穩(wěn)定、有效工作。本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題這樣解決構(gòu)建一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器，包括控 制單元及其連接用于驅(qū)動(dòng)電渦流緩速器的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)連接所述電渦 流緩速器的大電流耐高壓的絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路；所述絕緣柵雙極型 晶體管IGBT輸出柵極依次連接用于疊加輸出電壓的整流單元、變壓器T1及其電源輸入。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，還包括與所述驅(qū)動(dòng)控制器中輔助電源連接的過(guò)壓 保護(hù)單元。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，還包括一端連接所述驅(qū)動(dòng)單元、另一端連接所述 控制單元的過(guò)電流檢測(cè)電路。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，所述過(guò)電流檢測(cè)電路包括電流監(jiān)視器U1、電流監(jiān) 視器U1 二輸入端對(duì)應(yīng)連接兩端的用于電流采樣的采樣電阻Rsenser、電流監(jiān)視器U1輸出端 與地GND之間、并聯(lián)的第一分壓電阻R9和穩(wěn)壓二極管Z1，以及電流監(jiān)視器U1輸出端與所述 控制單元之間的第二分壓電阻R5。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，所述采樣電阻Rsenser位于所述驅(qū)動(dòng)控制器中絕 緣柵雙極型晶體管IGBT的輸出柵極或另一柵極上。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，還包括一端連接所述驅(qū)動(dòng)單元輸出端、另一端連 接所述控制單元的短路檢測(cè)電路。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，還包括用于檢測(cè)所述絕緣柵雙極型晶體管工作溫 度的溫度檢測(cè)電路。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制器，所述控制單元包括但不限制于是單片機(jī)、數(shù)字處 理器或可編程處理器。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題這樣解決構(gòu)建一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制方法，采用 大電流耐高壓的絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其與控制單元連接的驅(qū)動(dòng)電路，包括以下步 驟所述控制單元接收或讀取用戶(hù)輸入擋位；
所述控制單元在所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的過(guò)電流檢測(cè)電路、短路檢測(cè)電路和 溫度檢測(cè)電路檢測(cè)正常情況下，根據(jù)所述檔位控制其脈沖寬度調(diào)制PWM輸出的占空比；
所述驅(qū)動(dòng)電路接收并根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制PWM輸出驅(qū)動(dòng)所述絕緣柵雙極型晶體管 IGBT輸出。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制方法，還包括所述控制單元根據(jù)所述過(guò)電流檢測(cè)電 路、短路檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路檢測(cè)異?？刂破溥B接的所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉所述絕緣柵雙 極型晶體管IGBT輸出或限制所述檔位對(duì)應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制輸出的占空比。按照本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制方法，還包括所述控制單元根據(jù)有拖剎信號(hào)輸入或沒(méi) 有速度信號(hào)輸入不接收或讀取用戶(hù)輸入擋位。本發(fā)明提供的電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法，較現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)占.
1、可耐壓300V，基本可杜絕在汽車(chē)上使用發(fā)生過(guò)電壓失效。2、能精確檢測(cè)電流，通過(guò)控 制方法可實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電流自動(dòng)減小電流輸出，可有效防止電渦流緩速器定子線圈 在匝間短路等異常情況不會(huì)失效。3、具備短路檢測(cè)和快速短路保護(hù)功能，當(dāng)輸出端短路時(shí) 可以在很短時(shí)間內(nèi)切斷出書(shū)，可有效防止短路造成失效。4、具備溫度保護(hù)功能，檢測(cè)到功率 器件超溫時(shí)降低輸出電流，限制溫度上升。5、具備以上功能的電渦流緩速器控制器可以在 任何異常都不會(huì)使控制器自身失效，極大地提高了可靠性，解決了電渦流緩速器行業(yè)電子 控制方式可靠性不高的行業(yè)難題。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器原理框圖； 圖2是所示控制器中控制流程示意圖3是所示控制器中區(qū)別與傳統(tǒng)區(qū)別部分的電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明
如圖1，3所示，本發(fā)明電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器包括單片機(jī)、功率器件、功率器件驅(qū)動(dòng) 電路以及各輔助電路，包括輔助電源的過(guò)壓保護(hù)單元1、溫度檢測(cè)單元2、短路檢測(cè)單元3 和驅(qū)動(dòng)電路中的隔離的直流DC電源4，圖3中I端、PWM端、PB1端連接所述單片機(jī)對(duì)應(yīng)端 口，LOAD端連接負(fù)載，BAT端連接汽車(chē)發(fā)電機(jī)和電池。與傳統(tǒng)電渦流緩速器相比，本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)在于 ㈠IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路
技術(shù)問(wèn)題1 車(chē)載大電流設(shè)備為了安全性，一端是直接搭鐵的，所以另一端需提供正電 驅(qū)動(dòng)，所以功率器件必須與電源正極連接(高電位端)，由功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功 率器件輸出正電。這種方式簡(jiǎn)稱(chēng)功率器件的高端柵極驅(qū)動(dòng)。這種高端柵極驅(qū)動(dòng)要求驅(qū)動(dòng) 電壓比輸出電壓也就是電源電壓高1(T15V，所以必須解決柵極驅(qū)動(dòng)電壓大于供電電壓的難題。
目前的解決方式有兩種
1、在驅(qū)動(dòng)芯片IR2127外圍增加自舉電路或充電泵電路。這種方法只適用于工作頻 率較高的情況，在頻率周期信號(hào)的作用下通過(guò)對(duì)電容的充放電實(shí)現(xiàn)柵極驅(qū)動(dòng)電壓短時(shí)間高 于電源電壓。而緩速器需要穩(wěn)定的開(kāi)通或者以較低頻率(lOOhz以?xún)?nèi))開(kāi)通，所以這種方式 不適用；
2、在驅(qū)動(dòng)芯片IR2127外圍增加隔離的浮動(dòng)電源，工作時(shí)該電源電壓疊加到電源電 壓，實(shí)現(xiàn)柵極電壓高于電源電壓。這種方式需要隔離的DC-DC模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。但目前汽車(chē)級(jí) 別(耐溫125°C)的DC-DC模塊基本找不到，或者價(jià)格昂貴，高達(dá)幾百元。本發(fā)明的解決方案用變壓器T1及其外圍分立器件實(shí)現(xiàn)隔離的DC電源，再疊加到 驅(qū)動(dòng)芯片IR2127 (芯片U2)，實(shí)現(xiàn)柵極驅(qū)動(dòng)電壓大于電源電壓的目的。因?yàn)槭褂昧俗罨?的變壓器和其他電阻、電容、三極管等分立器件，只要這些器件達(dá)到汽車(chē)級(jí)別即可。這樣大 大提高了該部分電路的可靠性，同時(shí)其成本也很低(10元以?xún)?nèi))。這樣該方案就成為緩速器 功率器件驅(qū)動(dòng)用的最優(yōu)的方案。技術(shù)問(wèn)題2 電子式電渦流緩速器的功率器件一般都采用場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET或智能 M0SFET，該器件的特點(diǎn)是由于M0SFET內(nèi)部結(jié)構(gòu)局限，工作電流大的不可能耐壓高，而耐壓 高的不可能工作電流大。而目前電渦流緩速器的電子式控制方采用的這類(lèi)功率器件一般都 優(yōu)先選擇工作電流滿(mǎn)足要求，但其耐壓一般從40疒200V不等。而在車(chē)輛載電子設(shè)備抗擾度 標(biāo)準(zhǔn)要求耐壓高于200V，這樣就很難實(shí)現(xiàn)。并且從實(shí)際使用情況看也是如此，電渦流緩速器 驅(qū)動(dòng)控制器90%以上的失效都是由于過(guò)電壓導(dǎo)致功率器件擊穿。所以本發(fā)明的創(chuàng)新就是將電力電子行業(yè)常用的，工作電流大又耐高壓的功率器件 IGBT應(yīng)用于電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器。選擇耐壓300V，電流400A的IGBT器件。㈡輔助電源的過(guò)壓保護(hù)單元1
因?yàn)樵瓉?lái)的驅(qū)動(dòng)控制器采用的功率器件耐壓不高，高電壓直接擊穿了功率器件而短路 從而掩蓋了或者間接保護(hù)了輔助電源。采用了耐壓300V的功率器件后，雖然功率器件自身 不會(huì)被過(guò)電壓擊穿，但是該過(guò)電壓會(huì)施加到驅(qū)動(dòng)控制器輔助電源上。所以本發(fā)明的目的是在輔助電源前增加過(guò)壓保護(hù)單元1，解決輔助電源的過(guò)電壓 擊穿問(wèn)題。具體電路由三極管Q1和Q2、電阻R1、R2、R3和R4以及瞬態(tài)抑制二極管(TVS管) TV1組成。工作原理是電源電壓與地GND之間電壓超過(guò)一定值后，TVS管TV1擊穿拉低PNP 三級(jí)管Q2基極電壓，Q2導(dǎo)通，使P-M0SFET源極和柵極電壓小于開(kāi)通電壓，P-M0SFET截止， 達(dá)到保護(hù)輔助電源的目的。㈢過(guò)電流檢測(cè)電路
在電渦流緩速器定子線圈在出現(xiàn)匝間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流，會(huì)導(dǎo)致功率器件過(guò)電流 擊穿。本發(fā)明增加過(guò)電流檢測(cè)電路，再將信號(hào)輸入到單片機(jī)I/O 口用于做過(guò)電流保護(hù)用。具體電路由電流取樣電阻Rsenser、穩(wěn)壓二極管Z1、芯片U1、電阻R5、R6和R9組 成。工作原理是芯片U1為不需要另外供電的電流監(jiān)視器，從電流采樣電阻Rsenser兩端 提取到電壓信號(hào)后轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)R5和R9分壓轉(zhuǎn)換為相對(duì)于GND的電壓信號(hào)，由Z1 穩(wěn)壓后經(jīng)過(guò)R5輸入到單片機(jī)的I/O 口。技術(shù)難點(diǎn)是電流取樣電阻是連接在電源正極的有較高的共模電壓，并且在出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)共模電壓大于200V，如果用傳統(tǒng)的軌至軌運(yùn)放只能解決正常情況下的共模電壓?jiǎn)?題，出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)仍然會(huì)被擊穿。本發(fā)明的解決方案是利用一種浮地的、不需要額外供電的電流監(jiān)視器IC (芯片 U1 )，將有共模電壓的取樣電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，在經(jīng)過(guò)經(jīng)R5和R9分壓轉(zhuǎn)換為相對(duì)于 GND的電壓信號(hào)((T5V)。這樣只需要根據(jù)電流大小選擇合理的R5和R9使U1的IN+(IN_) 端與OUT端之間電壓差不超過(guò)20V，即可實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)不會(huì)被擊穿。㈣短路檢測(cè)單元3
IGBT自身不具備短路保護(hù)功能，當(dāng)輸出端短路時(shí)必須另外設(shè)計(jì)短路檢測(cè)和保護(hù)功能。具體電路由電阻R14、R15和R18、穩(wěn)壓二極管Z2以及電容C3組成，工作原理是 輸出端(LOAD)短路時(shí)，電壓被箝位與GND相等，則樣通過(guò)電阻R14、R15和R18采樣，Z2穩(wěn) 壓保護(hù)，C3濾波后輸入到單片機(jī)I/O 口。當(dāng)單片機(jī)I/O 口輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT工作后，延時(shí) 5uS檢測(cè)是否有短路(低點(diǎn)品)，如果短路則單片機(jī)停止輸出。㈤溫度檢測(cè)單元2
為防止IGBT過(guò)熱擊穿，設(shè)計(jì)了溫度檢測(cè)單元2。具體電路由熱敏電阻Rt、電阻R7和R8以及電容C1組成。工作原理Rt為NPC熱 敏電阻，安裝到IGBT外殼上，當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt減小。5V電壓Rt與R7分壓，經(jīng)C1和R8濾 波后，輸入到單片機(jī)10 口，當(dāng)檢測(cè)到電壓小于一定值時(shí)，認(rèn)為超溫。如圖2所示，該控制器中單片機(jī)內(nèi)置控制程序，具體包括
201)判斷是否拖剎和速度信號(hào)無(wú)效，否進(jìn)入下一步；
202)驅(qū)動(dòng)控制準(zhǔn)備燈亮；
203)接收輸入檔位信號(hào)；
204)接收并判斷防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS信號(hào)是否有效或短路檢測(cè)電路是否短路，是，返 回步驟201)，否進(jìn)入下一步；
205)接收并根據(jù)所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的過(guò)電流檢測(cè)電路和溫度檢測(cè)電路檢 測(cè)結(jié)果限制輸入檔位對(duì)應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制PWM輸出占空比，并控制其輸出；
206)驅(qū)動(dòng)控制指示燈亮、控制制動(dòng)燈亮。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器，包括控制單元及其連接用于驅(qū)動(dòng)電渦流緩速器的驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元包括驅(qū)動(dòng)連接所述電渦流緩速器的大電流耐高壓的絕緣柵雙極型晶體管及其驅(qū)動(dòng)電路；所述絕緣柵雙極型晶體管輸出柵極依次連接用于疊加輸出電壓的整流單元、變壓器及其電源輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，還包括與所述驅(qū)動(dòng)控制器中輔助電 源連接的過(guò)壓保護(hù)單元(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，還包括一端連接所述驅(qū)動(dòng)單元、另一 端連接所述控制單元的過(guò)電流檢測(cè)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述過(guò)電流檢測(cè)電路包括電壓比較 器、電壓比較器二輸入端對(duì)應(yīng)連接兩端的用于電流采樣的采樣電阻、電壓比較器輸出端與 地之間、并聯(lián)的第一分壓電阻和穩(wěn)壓二極管，以及電壓比較器輸出端與所述控制單元之間 的第二分壓電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，還包括一端連接所述驅(qū)動(dòng)單元輸出 端、另一端連接所述控制單元的短路檢測(cè)電路(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，還包括用于檢測(cè)所述絕緣柵雙極型 晶體管工作溫度的溫度檢測(cè)電路(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述控制單元是單片機(jī)、數(shù)字處理器 或可編程處理器。
8.一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，采用大電流耐高壓的絕緣柵雙極型 晶體管及其與控制單元連接的驅(qū)動(dòng)電路，包括以下步驟所述控制單元接收或讀取用戶(hù)輸入擋位；所述控制單元在所述絕緣柵雙極型晶體管的過(guò)電流檢測(cè)電路、短路檢測(cè)電路(3)和溫 度檢測(cè)電路(2)檢測(cè)正常情況下，根據(jù)所述檔位控制其脈沖寬度調(diào)制輸出的占空比；所述驅(qū)動(dòng)電路接收并根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)所述絕緣柵雙極型晶體管輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，還包括所述控制單元根據(jù)所述過(guò) 電流檢測(cè)電路、短路檢測(cè)電路(3)和溫度檢測(cè)電路(2)檢測(cè)異常控制其連接所述驅(qū)動(dòng)電路 關(guān)閉所述絕緣柵雙極型晶體管輸出或限制所述檔位對(duì)應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制輸出的占空比。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，還包括所述控制單元根據(jù)有拖剎 信號(hào)輸入或沒(méi)有速度信號(hào)輸入不接收或讀取用戶(hù)輸入擋位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法，其中控制器包括依次電連接的控制單元、驅(qū)動(dòng)電路和大電流耐高壓的絕緣柵雙極型晶體管IGBT以及IGBT輸出柵極依次連接的整流單元、變壓器T1及其電源輸入；控制方法包括控制單元在電路檢測(cè)正常情況下，根據(jù)輸入檔位控制其脈沖寬度調(diào)制PWM輸出的占空比，否則關(guān)閉輸出或限制PWM輸出占空比；驅(qū)動(dòng)電路接收并根據(jù)PWM輸出驅(qū)動(dòng)IGBT輸出。這種電渦流緩速器驅(qū)動(dòng)控制器及其控制方法，可耐壓300V，基本杜絕在汽車(chē)上使用發(fā)生過(guò)電壓失效，結(jié)合檢測(cè)和保護(hù)電路可在各種異常情況下都不會(huì)使控制器自身失效，極大提高了可靠性，解決了電渦流緩速器行業(yè)電子控制方式可靠性不高的行業(yè)難題。
文檔編號(hào)H02P3/04GK101867336SQ20101019544
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者伍中權(quán), 梁勇 申請(qǐng)人:深圳市特爾佳科技股份有限公司