[实用新型]交流异步电机矢量控制器

说明书

技术领域

本实用新型属于动力装置领域，特别涉及电动汽车交流异步电动机矢量变频调速系统IGBT模块的保护。

技术背景

交流异步电机矢量控制器主要组成部分为：电动机、逆变器以及电池组这三大部分。IGBT模块的内部结构为逆变桥，即逆变器的核心，其使用寿命的长短直接影响到整个控制器的使用寿命，且IGBT模块的费用占逆变器的三分之二。

在设计IGBT驱动电路时有以下几个难点：

1)由于IGBT模块长时间工作时，会发出大量的热量，而引起IGBT过热损坏。

2)栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时，IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大，可能使IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏。

3)一般来说，IGBT在10μS内最大可承受2倍的额定电流，但是经常承受过电流会使器件过早老化，故IGBT过流时，采用软关断方法使栅极电压在2μS-5μS的时间内降至零电压，由于瞬时封锁栅极电压会使di/dt很大，在IGBT两端产生很高的尖峰电压，极易损坏IGBT。

4)在变频器运转时，当电机定子电流出现过流时，不仅会影响电机的使用寿命甚至是将电机烧坏，也将对IGBT模块的使用寿命造成影响。

因此，IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点。为解决这个问题，国内外IGBT厂家开发出众多IGBT驱动模块。然而，国内大多数厂家的模块系列价格便宜但是软关断，电流过流和电压欠压保护功能不齐全；而国外的模块系列功能齐全，往往价格高昂。而应用Agilent公司的HCPL-316J门极驱动光耦结合TMS320LF2407A组合为一种可靠的IGBT驱动电路，为驱动电路的可靠工作提供了保护，软关断，电流过流和电压欠压保护功能齐全，而且价格比较低廉。

发明内容：

本实用新型的目的是提出一种实现对IGBT模块欠压保护、电流过流保护，实现IGBT软关断及电机定子电流过流的保护功能的技术方案。

本实用新型是通过以下技术方案实现的。参见附图1

在控制芯片(TMS320LF2407A)与驱动电路之间接入PWM输出硬件互锁电路(附图4)，并将驱动电路的IGBT过流信号反馈给PWM输出硬件互锁电路；在电流采样电路的放大滤波电路的输出端并接定子电流过流信号产生电路(附图5)，并将定子电流过流信号反馈给PWM输出硬件互锁电路；PWM输出硬件互锁电路再产生一保护信号，输入至控制芯片的PDPINTB端口。在IGBT模块的底部加一个温度传感器，其信号输入至控制芯片的A/D端口，并由控制芯片的通用输入输出端口控制散热风扇的运转。

本实用新型所述的PWM输出硬件互锁电路(参见图4所示)由芯片GAL16V8D、电阻R1、R2、R3、电容C1组成。芯片的管脚1依次连接R2、R1再接地，R2、R1连接端连接到控制芯片(TMS320LF2407A)的PDPINTB端口；芯片的管脚2通过R3连接到3.3V电源，其管脚10、11连接后接地，管脚20接5V电源，并通过C1接地，管脚1与管脚19连接。

本实用新型所述的定子电流过流信号产生电路(参见附图5所示)由滑动变阻器R1、R2，电压比较器U1A、U1B组成。两滑动变阻器串联，串联后一端接3.3V电源，另一端接地；滑动变阻器R2输出端连接比较器U1A正向输入端，滑动变阻器R1输出端连接比较器U1B负向输入端；U1A负向输入与U1B正向输入并联，并与经过放大滤波及电压偏置后定子电流信号VI连接；U1A与U1B输出并联。

本实用新型对IGBT模块实现三重保护：

(1)IGBT模块过热保护，由于IGBT模块长时间工作时，会产生大量的热量，为防止IGBT过热而损坏，在IGBT模块的底部加一个温度传感器，通过实时检测温度变化，来控制散热风扇的运转，以保护IGBT模块。

(2)IGBT模块欠压保护及过流保护，本实用新型采用Agilent公司的HCPL-316J构成的IGBT的驱动及保护电路，完成对IGBT模块的驱动、欠压保护、过流保护并实现对IGBT模块软关断。(附图3)