專利名稱：橋式逆變器脈沖互鎖接口單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電カ電子技術(shù)，更具體地，是ー種可運用在橋式逆變器電路中的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元。
背景技術(shù)：
逆變器是一種通過半導(dǎo)體功率器件的開關(guān)作用，把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的變換裝置，可提供功率和頻率可調(diào)的交流電源，廣泛應(yīng)用在變頻調(diào)速、開關(guān)電源、感應(yīng)加熱、電磁攪拌、UPS不間斷電源等設(shè)備上。エ業(yè)上目前最常用的是三相橋式逆變器，如圖I所示，是現(xiàn)有的ー種三相橋式逆變器的電路原理圖，如圖所示，逆變器主回路包括三塊相同的逆變橋臂10、20和30，分別作 為U相逆變橋臂、V相逆變橋臂以及W相逆變橋臂。每ー塊橋臂的上、下臂上均有一個功率開關(guān)模塊(如圖I中的Tl T6)。上下臂上的功率開關(guān)模塊是通過加到開關(guān)模塊柵極的脈沖來控制它的開通和關(guān)斷。對于橋式逆變器來說，同一相橋臂的上、下臂開關(guān)模塊不可以同時處于開通狀態(tài)，否則會引起電源直流母線的直通短路，造成主回路功率開關(guān)模塊瞬間擊穿損壞。現(xiàn)有的逆變器柵極脈沖電路主要由脈沖調(diào)制板和驅(qū)動板組成，其連接關(guān)系見附圖I。脈沖調(diào)制板將設(shè)定的正弦電流基波同反饋電流進行比較調(diào)節(jié)，經(jīng)過板上的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)電路，產(chǎn)生三相逆變器各橋臂開關(guān)模塊所需的開關(guān)控制脈沖，該脈沖經(jīng)過光纖傳輸，送到各相橋臂開關(guān)模塊的驅(qū)動板上；驅(qū)動板的作用是將輸入的脈沖進行幅值和功率放大，然后加到各開關(guān)模塊的柵極，最終驅(qū)動各開關(guān)模塊按控制要求進行導(dǎo)通和關(guān)斷?，F(xiàn)有的逆變器一般采用在脈沖調(diào)制板上設(shè)置脈沖死區(qū)時間的方法來防止逆變器同一橋臂發(fā)生直通短路故障，其做法是在脈沖調(diào)制板上對發(fā)往同相橋臂的兩路脈沖間加入延時電路，使同相橋臂中的一路脈沖關(guān)斷后，另一路開通脈沖可以延時發(fā)出，以防止同一橋臂的上下開關(guān)模塊同時導(dǎo)通。然而，在エ業(yè)現(xiàn)場逆變器的實際使用中發(fā)現(xiàn)，逆變器的橋臂直通短路事故仍然時有發(fā)生，并且隨著設(shè)備使用時間的延長、器件的老化，這種橋臂直通、器件擊穿的現(xiàn)象會越來越多，并且難以防范。由于功率開關(guān)模塊價格不菲，毎年的故障維修費用損失達幾十萬元。經(jīng)過研究和分析，認為現(xiàn)有的逆變器脈沖驅(qū)動電路中還存在著以下漏洞1，驅(qū)動板上缺少對輸入脈沖干擾和誤信號的抑制和防護。當發(fā)生以下3種情況吋，驅(qū)動板的輸入脈沖信號會產(chǎn)生失真、變形、滯后、毛刺等異?，F(xiàn)象(I)，脈沖調(diào)制板上元件故障老化，發(fā)生工作點漂移；(2)，傳輸光纖老化受損、光耦收發(fā)器件劣化；(3)，控制脈沖受到外部干擾。由于現(xiàn)有的驅(qū)動板上沒有相應(yīng)的限制和保護措施，經(jīng)過放大后的異常脈沖會直接送到上下開關(guān)模塊的柵扱，從而增加了逆變器在運行中發(fā)生橋臂直通短路故障和功率開關(guān)模塊擊穿損壞的機率。[0012]2)，驅(qū)動板上缺少對輸入窄脈沖的限制和防護?，F(xiàn)有的調(diào)制板在進行正弦波脈寬調(diào)制吋，會產(chǎn)生ー些窄脈沖，脈寬有時只有幾個微秒，這些窄脈沖在現(xiàn)有的逆變器驅(qū)動板上是不加限制的。然而，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，功率開關(guān)模塊的有效開通和關(guān)斷對柵極脈沖是有最小時間要求的，對于IGBT器件來說，一般是1-3 μ S，當功率開關(guān)模塊出現(xiàn)老化，或者模塊工作溫度較高時，其開通和關(guān)斷時間還會延長，此時驅(qū)動板輸入端過窄的脈沖會對開關(guān)模塊エ作的可靠性帶來不利的影響，有可能造成模塊導(dǎo)通或關(guān)斷失效，導(dǎo)致輸出電壓波形畸變，或在模塊尚未完全導(dǎo)通的時刻進行關(guān)斷動作而造成模塊開關(guān)失效，這對于吸收電路的有效作用是不利的，有時候會因緩沖能量得不到有效釋放而導(dǎo)致開關(guān)模塊的過電壓擊穿損壞，從而造成逆變器橋臂故障和模塊損壞機率的上升。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的，在于解決現(xiàn)有的橋式逆變器的上述不足，從而提供了ー種可用于橋式逆變器的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元。本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元包括 第一脈沖輸入電路、與該第一脈沖輸入電路的輸出端相連接的第一最小脈寬限制電路以及與該第一最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第一脈沖互鎖電路，其中，該第一最小脈寬限制電路的輸出端連接到該第一脈沖互鎖電路的第一輸入端；第二脈沖輸入電路、與該第二脈沖輸入電路的輸出端相連接的第二最小脈寬限制電路以及與該第二最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第二脈沖互鎖電路，其中，該第二最小脈寬限制電路的輸出端連接到該第二脈沖互鎖電路的第一輸入端；第一最小脈沖死區(qū)電路，該第一最小脈沖死區(qū)電路的輸入端與該第一最小脈寬限制電路的輸出端相連接，該第一最小脈沖死區(qū)電路的輸出端與該第二脈沖互鎖電路的第二輸入端相連接；第二最小脈沖死區(qū)電路，該第二最小脈沖死區(qū)電路的輸入端與該第二最小脈寬限制電路的輸出端相連接，該第二最小脈沖死區(qū)電路的輸出端與該第一脈沖互鎖電路的第二輸入端相連接；并且，該第一最小脈寬限制電路的輸出端與該第二脈沖互鎖電路的第三輸入端相連接，該第二最小脈寬限制電路的輸出端與該第一脈沖互鎖電路的第三輸入端相連接。優(yōu)選地，所述第一脈沖輸入電路與第二脈沖輸入電路的結(jié)構(gòu)相同，并且所述第一脈沖輸入電路包括ー個2521型脈沖輸入模塊以及用于反相的三極管電路。優(yōu)選地，所述第一最小脈寬限制電路與所述第二最小脈寬限制電路的結(jié)構(gòu)相同，并且所述第一最小脈寬限制電路包括ー個4098型單穩(wěn)模塊、用于該4098型單穩(wěn)模塊的脈寬時間的RC電路以及與該4098型單穩(wěn)模塊的輸出端相連接的或門模塊。優(yōu)選地，所述第一最小脈沖死區(qū)電路與所述第二最小脈沖死區(qū)電路的結(jié)構(gòu)相同，并且，所述第一最小脈沖死區(qū)電路包括ー個RC電路。優(yōu)選地，所述第一脈沖互鎖電路與所述第二脈沖互鎖電路的結(jié)構(gòu)相同，并且，所述第一脈沖互鎖電路包括一個或非門模塊以及ー個與該或非門模塊相連接的與門模塊。本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元，組成簡單、運行可靠，提高了橋式逆變器的工作穩(wěn)定性和可靠性，延長了逆變器的使用壽命，從而降低了因設(shè)備故障而產(chǎn)生的維修成本。

圖I為現(xiàn)有的橋式逆變器脈沖逆變電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元的模塊示意圖；圖3為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元用于橋式逆變器脈沖逆變電路的應(yīng)用不意圖；圖4為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元中第一脈沖輸入電路的電路原理圖；圖5為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元中第一最小脈寬限制電路的 電路原理圖；圖6為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元中第一脈沖死區(qū)電路的電路原理圖；圖7為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元中第一脈沖互鎖電路的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元的組成和工作原理進行詳細說明。如圖2所示，為本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元100的模塊示意圖。具體地，本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元100包括第一脈沖輸入電路110、與該第一脈沖輸入電路110的輸出端相連接的第一最小脈寬限制電路130以及與該第一最小脈寬限制電路130的輸出端相連接的第一脈沖互鎖電路170，其中，該第一最小脈寬限制電路130的輸出端連接到該第一脈沖互鎖電路170的第一輸入端171 ;第二脈沖輸入電路120、與該第二脈沖輸入電路120的輸出端相連接的第二最小脈寬限制電路140以及與該第二最小脈寬限制電路140的輸出端相連接的第二脈沖互鎖電路180，其中，該第二最小脈寬限制電路140的輸出端連接到該第二脈沖互鎖電路180的第一輸入端181 ；第一最小脈沖死區(qū)電路150,該第一最小脈沖死區(qū)電路150的輸入端與該第一最小脈寬限制電路130的輸出端相連接，該第一最小脈沖死區(qū)電路150的輸出端與該第二脈沖互鎖電路180的第二輸入端182相連接；第二最小脈沖死區(qū)電路160，該第二最小脈沖死區(qū)電路160的輸入端與該第二最小脈寬限制電路130的輸出端相連接，該第二最小脈沖死區(qū)電路160的輸出端與該第一脈沖互鎖電路170的第二輸入端172相連接；并且，進ー步地，該第一最小脈寬限制電路130的輸出端與該第二脈沖互鎖電路180的第三輸入端183相連接，該第二最小脈寬限制電路140的輸出端與該第一脈沖互鎖電路170的第三輸入端173相連接。如圖所示，對于三相中的某ー相而言，兩個橋臂的輸入脈沖，即來自脈沖調(diào)制板400 (參考圖3)的輸入脈沖A和輸入脈沖B分別輸入到本實用新型的第一脈沖輸入電路110和第二脈沖輸入電路120中，并,第一脈沖輸入電路110和第二脈沖輸入電路120的結(jié)構(gòu)相同，分別用于接收兩路脈沖，完成脈沖的光電轉(zhuǎn)換；第一最小脈寬限制電路130與第二最小脈寬電路140的結(jié)構(gòu)相同，分別用于對脈沖進行最小脈寬限制，以增強橋臂開關(guān)模塊導(dǎo)通和關(guān)斷的可靠性；第一最小脈沖死區(qū)電路150與第二最小脈沖死區(qū)電路160的結(jié)構(gòu)相同，分別用于對脈沖進行最小脈沖死區(qū)限制，以進ー步增強橋臂直通防護的可靠性；第一脈沖互鎖電路170和第二脈沖互鎖電路180用于對脈沖建立互鎖，以防止上下開關(guān)模塊同時開通的可能性，最后，兩個脈沖互鎖模塊170、180分別輸出輸出脈沖A和輸出脈沖B。另外，從輸入輸出電信號而言，第一脈沖輸入電路110和第二脈沖輸入電路120分別輸出信號Ugl和Ug2 ;第二最小脈寬限制電路130和第二最小脈寬限制電路140分別輸出信號Ug3和Ug4 ;第一最小脈沖死區(qū)電路150和第二最小脈沖死區(qū)電路160分別輸出信號Ug5和Ug6。對應(yīng)地,第一脈沖互鎖電路170中，其第一輸入端171的輸入信號為Ug3,第二輸入端172的輸入信號為Ug6,第三輸入端173的輸入信號為Ug4 ;第二脈沖互鎖電路180中，其第一輸入端181的輸入信號為Ug4,第二輸入端182的輸入信號為Ug5,第三輸入端183的輸入信號為Ug3。 結(jié)合圖3，是本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元100用于橋式逆變器脈沖逆變電路的應(yīng)用示意圖。如圖所示，在一相中，本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ電路100設(shè)置于驅(qū)動板200前端，并接收來自調(diào)制板400的兩路脈沖，驅(qū)動板200進ー步連接常規(guī)的第一功率開關(guān)模塊310和第二功率開關(guān)模塊320。對于三相逆變器而言，其共有3個橋臂，每個橋臂對應(yīng)ー相，所以，需要配置三塊包括有本實用新型電路的接ロ電路板。接ロ電路板安裝時可以緊貼驅(qū)動板安裝，或者直接集成在驅(qū)動板上，以獲得最佳的抗干擾性能。由于本實用新型的電路為上下對稱結(jié)構(gòu)，因此，以下僅通過對第一脈沖輸入電路110、第一最小脈寬限制電路130、第一最小脈沖死區(qū)電路150和第一脈沖互鎖電路170的具體的電路組成的描述，對本實用新型的具體實現(xiàn)進行更詳細說明。如圖4所示，是本實用新型一個實施方式中的第一脈沖輸入電路110的電路原理圖，結(jié)合圖2,上橋臂驅(qū)動光纖將輸入脈沖A輸送給該電路,并輸出信號Ugl。第一脈沖輸入電路110包括ー個2521型脈沖輸入模塊SI以及用于反相的三極管電路。另外，第一脈沖輸入電路110在脈沖輸入模塊SI前端設(shè)置有由電解電容E1、穩(wěn)壓管Zl和電容Cl組成的穩(wěn)壓模塊，在脈沖輸入模塊SI的輸出端，R2、R3、R4用于分壓；三極管電路包括并聯(lián)的兩個ニ極管D1、D2、三極管T以及兩個電阻R1、R5。由于經(jīng)2521型脈沖輸入模塊SI轉(zhuǎn)換后的脈沖同脈沖調(diào)制板的輸出脈沖相位相反，因此，可利用三極管電路對脈沖進行反相，以獲得同步的控制脈沖。當然，第一脈沖輸入電路110和第二脈沖輸入模塊120也可以采用其他常用的脈沖輸入電路結(jié)構(gòu)。如圖5所示，是本實用新型的一個實施方式中的第一最小脈寬限制電路130的電路原理圖。第一最小脈寬限制電路130包括ー個4098型單穩(wěn)模塊U1、用于該4098型單穩(wěn)模塊Ul的脈寬時間的RC電路以及與該4098型單穩(wěn)模塊Ul的輸出端相連接的或門模塊。其中，RC電路包括一個電阻R6以及ー個電容C2，或門模塊包括兩個或門元件U2和U3，可采用4071型或門元件。單穩(wěn)模塊Ul可對脈沖進行最小脈寬限制，當單穩(wěn)電路的輸入端有脈沖輸入?yún)迹还苊}沖寬窄如何，輸出端總會產(chǎn)生ー個固定脈寬的脈沖，這就是所設(shè)定的最小脈寬，其脈寬時間可以通過改變R6和C2的參數(shù)進行調(diào)整，該脈沖同控制脈沖一起，送到或門模塊，當控制脈沖寬度大于最小脈寬時，或門模塊的輸出端產(chǎn)生同控制脈沖寬度一致的脈沖信號Ug3,當控制脈沖寬度小于最小脈寬時,或門模塊的輸出端則產(chǎn)生同最小脈寬ー致的脈沖信號Ug3，這樣就實現(xiàn)了對脈沖的最小脈寬限制。如圖6所示，是本實用新型的一個實施方式中的第一最小脈沖死區(qū)電路150的電路原理圖。第一最小脈沖死區(qū)電路包括ー個RC電路。該RC電路由電阻R12和電容C3搭建構(gòu)成。用于在ー組脈沖關(guān)斷時，對另一組開通脈沖進行延時釋放，以保證無論脈沖調(diào)制板發(fā)出的兩路脈沖間有沒有死區(qū)間隔，都能使上下兩路脈沖在驅(qū)動端形成最小的死區(qū)間隔，從而增強了橋臂直通防護的效果，提高了系統(tǒng)保護的安全性。如圖7所示，是本實用新型的一個實施方式中的第一脈沖互鎖電路170的原理圖。第一脈沖互鎖電路170包括一個或非門模塊以及ー個與該或非門模塊相連接的與門模塊?；蚍情T模塊包括U4、U5，與門模塊包括U6、U7，并且后端接有分壓電阻R7、R8。該電路中，第一最小脈寬限制電路130的輸出脈沖Ug3(即上臂脈沖信號)連接入第一脈沖互鎖電路170 的第一輸入端，即與門模塊U6、U7的輸入端,而將第二最小脈沖死區(qū)電路160的輸出信號Ug6和下臂輸出信號Ug4分別連接入第一脈沖互鎖電路170的第二輸入端和第三輸入端，即或非門U4、U5的輸入端。這樣，當發(fā)出上臂開通脈沖時，下臂的脈沖便無法輸出，同樣，當發(fā)出下臂開通脈沖后，上臂的脈沖就無法再輸出。在極端情況下，若是上下臂的控制脈沖同時出現(xiàn)，該互鎖電路可以同時封鎖上下臂兩路脈沖的輸出，從而保證任何時候，同一橋臂的上下開關(guān)模塊不會同時收到開通脈沖，從而保證了設(shè)備運行安全。該第一脈沖互鎖電路170輸出的輸出脈沖A隨后被輸送到后接的驅(qū)動板。綜上所述，本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接ロ単元，組成簡單、運行可靠，可有效地防止控制脈沖異常所導(dǎo)致的逆變器中逆變橋臂主回路功率開關(guān)模塊損壞的隱患，提高了橋式逆變器的工作穩(wěn)定性和可靠性，延長了逆變器的使用壽命，從而降低了因設(shè)備故障而產(chǎn)生的維修成本。
權(quán)利要求1.一種橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，其特征在于，包括 第一脈沖輸入電路、與該第一脈沖輸入電路的輸出端相連接的第一最小脈寬限制電路以及與該第一最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第一脈沖互鎖電路，其中，該第一最小脈寬限制電路的輸出端連接到該第一脈沖互鎖電路的第一輸入端； 第二脈沖輸入電路、與該第二脈沖輸入電路的輸出端相連接的第二最小脈寬限制電路以及與該第二最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第二脈沖互鎖電路，其中，該第二最小脈寬限制電路的輸出端連接到該第二脈沖互鎖電路的第一輸入端； 第一最小脈沖死區(qū)電路，該第一最小脈沖死區(qū)電路的輸入端與該第一最小脈寬限制電路的輸出端相連接，該第一最小脈沖死區(qū)電路的輸出端與該第二脈沖互鎖電路的第二輸入端相連接； 第二最小脈沖死區(qū)電路，該第二最小脈沖死區(qū)電路的輸入端與該第二最小脈寬限制電路的輸出端相連接，該第二最小脈沖死區(qū)電路的輸出端與該第一脈沖互鎖電路的第二輸入端相連接； 并且，該第一最小脈寬限制電路的輸出端與該第二脈沖互鎖電路的第三輸入端相連接，該第二最小脈寬限制電路的輸出端與該第一脈沖互鎖電路的第三輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，其特征在于，所述第一脈沖輸入電路與第二脈沖輸入電路的結(jié)構(gòu)相同，并且所述第一脈沖輸入電路包括一個2521型脈沖輸入模塊以及用于反相的三極管電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，其特征在于，所述第一最小脈寬限制電路與所述第二最小脈寬限制電路的結(jié)構(gòu)相同，并且所述第一最小脈寬限制電路包括一個4098型單穩(wěn)模塊、用于該4098型單穩(wěn)模塊的脈寬時間的RC電路以及與該4098型單穩(wěn)模塊的輸出端相連接的或門模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，其特征在于，所述第一最小脈沖死區(qū)電路與所述第二最小脈沖死區(qū)電路的結(jié)構(gòu)相同，并且，所述第一最小脈沖死區(qū)電路包括一個RC電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，其特征在于，所述第一脈沖互鎖電路與所述第二脈沖互鎖電路的結(jié)構(gòu)相同，并且，所述第一脈沖互鎖電路包括一個或非門模塊以及一個與該或非門模塊相連接的與門模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，包括第一脈沖輸入電路、與該第一脈沖輸入電路的輸出端相連接的第一最小脈寬限制電路以及與該第一最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第一脈沖互鎖電路；第二脈沖輸入電路、與該第二脈沖輸入電路的輸出端相連接的第二最小脈寬限制電路以及與該第二最小脈寬限制電路的輸出端相連接的第二脈沖互鎖電路；還包括第一最小脈沖死區(qū)電路和第二最小脈沖死區(qū)電路。本實用新型的橋式逆變器脈沖互鎖接口單元，組成簡單、運行可靠，提高了橋式逆變器的工作穩(wěn)定性和可靠性，延長了逆變器的使用壽命，從而降低了因設(shè)備故障而產(chǎn)生的維修成本。
文檔編號H02M7/5387GK202652102SQ20122018786
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者金國平, 廖國斌, 周建平 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司