一種電渦流緩速器驅動控制器的製作方法

2023-07-15 00:31:51

專利名稱：一種電渦流緩速器驅動控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車制動設備，具體涉及一種電渦流緩速器驅動控制器。
背景技術：
中國發明專利「電渦流緩速器驅動控制器及其控制方法」，專利號 200510034403. 9，公開了一種電渦流緩速器驅動控制器，同其他傳統電渦流緩速器驅動 控制器，採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。
發明內容本實用新型需要解決的技術問題是，如何提供一種電渦流緩速器驅動控制器，能 更穩定、有效工作。本實用新型的技術問題這樣解決構建一種電渦流緩速器驅動控制器，包括控制 單元及其連接用於驅動電渦流緩速器的驅動單元，所述驅動單元包括驅動連接所述電渦流 緩速器的大電流耐高壓的絕緣柵雙極型電晶體IGBT及其驅動電路。這種IGBT耐壓達300V， 電流達400A，從而使電渦流緩速器驅動控制器能更穩定、有效工作。按照本實用新型提供的驅動控制器，還包括與所述驅動控制器中輔助電源連接的 過壓保護單元。按照本實用新型提供的驅動控制器，所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT輸出柵極依 次連接用於疊加輸出電壓的整流單元、變壓器及其電源輸入，作為隔離直流DC電源。按照本實用新型提供的驅動控制器，所述電源輸入包括直流電源和振蕩電路。按照本實用新型提供的驅動控制器，還包括一端連接所述驅動單元、另一端連接 所述控制單元的過電流檢測電路。按照本實用新型提供的驅動控制器，所述過電流檢測電路包括電流監視器U1、電 流監視器Ul 二輸入端對應連接兩端的用於電流採樣的採樣電阻Rsenser、電流監視器Ul輸 出端與地GND之間的並聯的第一分壓電阻R9和穩壓二極體Z1，以及電流監視器Ul輸出端 與所述控制單元之間的第二分壓電阻R5。按照本實用新型提供的驅動控制器，所述採樣電阻Rsenser位於所述驅動控制器 中絕緣柵雙極型電晶體IGBT的輸出柵極或另一柵極上。按照本實用新型提供的驅動控制器，還包括一端連接所述驅動單元輸出端、另一 端連接所述控制單元的短路檢測電路。按照本實用新型提供的驅動控制器，還包括用於檢測所述絕緣柵雙極型電晶體 IGBT工作溫度的溫度檢測電路。按照本實用新型提供的驅動控制器，所述溫度檢測電路包括與所述絕緣柵雙極型 電晶體IGBT熱接觸的熱敏電阻Rt。本實用新型提供的電渦流緩速器驅動控制器，較現有技術具有以下優點[0015]1、可耐壓300V，基本可杜絕在汽車上使用發生過電壓失效。2、能精確檢測電流，通 過控制方法可實現過電流保護和過電流自動減小電流輸出，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失效。3、具備短路檢測和快速短路保護功能，當輸出端短 路時可以在很短時間內切斷出書，可有效防止短路造成失效。4、具備溫度保護功能，檢測到 功率器件超溫時降低輸出電流，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 電子控制方式可靠性不高的行業難題。
以下結合附圖和具體實施例進一步對本實用新型進行詳細說明。

圖1是本實用新型電渦流緩速器驅動控制器原理框圖；圖2是所示控制器中控制流程示意圖；圖3是所示控制器中區別與傳統區別部分的電路原理示意圖。
具體實施方式
結合本實用新型具體實施例對本實用新型進行說明如圖1，3所示，本實用新型電渦流緩速器驅動控制器包括單片機、功率器件、功率 器件驅動電路以及各輔助電路，包括輔助電源的過壓保護單元1、溫度檢測單元2、短路檢 測單元3和驅動電路中的隔離的直流DC電源4，圖3中I端、PWM端、PBl端連接所述單片 機對應埠，LOAD端連接負載，BAT端連接汽車發電機和電池。與傳統電渦流緩速器相比，本實用新型創新點在於㈠IGBT及其驅動電路技術問題1 車載大電流設備為了安全性，一端是直接搭鐵的，所以另一端需提供 正電驅動，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動電路驅 動功率器件輸出正電。這種方式簡稱功率器件的高端柵極驅動。這種高端柵極驅動要求驅 動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動電壓大於供電電壓的難題。目前的解決方式有兩種1、 在驅動晶片IR2127外圍增加自舉電路或充電泵電路。這種方法只適用於工 作頻率較高的情況，在頻率周期信號的作用下通過對電容的充放電實現柵極驅動電壓短時 間高於電源電壓。而緩速器需要穩定的開通或者以較低頻率(IOOhz以內)開通，所以這種 方式不適用；2、 在驅動晶片IR2127外圍增加隔離的浮動電源，工作時該電源電壓疊加到電 源電壓，實現柵極電壓高於電源電壓。這種方式需要隔離的DC-DC模塊來實現。但目前汽 車級別(耐溫125°C)的DC-DC模塊基本找不到，或者價格昂貴，高達幾百元。本發明的解決方案用變壓器Tl及其外圍分立器件實現隔離的DC電源，再疊加到 驅動晶片IR2127 (晶片U2)，實現柵極驅動電壓大於電源電壓的目的。因為使用了最基本 的變壓器和其他電阻、電容、三極體等分立器件，只要這些器件達到汽車級別即可。這樣大 大提高了該部分電路的可靠性，同時其成本也很低(10元以內)。這樣該方案就成為緩速器功率器件驅動用的最優的方案。技術問題2 電子式電渦流緩速器的功率器件一般都採用場效應管MOSFET或智能 MOSFET,該器件的特點是由於MOSFET內部結構局限，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採用的這類功率器件一般都 優先選擇工作電流滿足要求，但其耐壓一般從40疒200V不等。而在車輛載電子設備抗擾度 標準要求耐壓高於200V，這樣就很難實現。並且從實際使用情況看也是如此，電渦流緩速器 驅動控制器90%以上的失效都是由於過電壓導致功率器件擊穿。所以本發明的創新就是將電力電子行業常用的，工作電流大又耐高壓的功率器件 IGBT應用於電渦流緩速器驅動控制器。選擇耐壓300V，電流400A的IGBT器件。㈡輔助電源的過壓保護單元1因為原來的驅動控制器採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了輔助電源。採用了耐壓300V的功率器件後，雖然功率器件 自身不會被過電壓擊穿，但是該過電壓會施加到驅動控制器輔助電源上。所以本發明的目的是在輔助電源前增加過壓保護單元1，解決輔助電源的過電壓 擊穿問題。具體電路由三極體Ql和Q2、電阻R1、R2、R3和R4以及瞬態抑制二極體(TVS管) TVl組成。工作原理是電源電壓與地GND之間電壓超過一定值後，TVS管TVl擊穿拉低PNP 三級管Q2基極電壓，Q2導通，使P-MOSFET源極和柵極電壓小於開通電壓，P-MOSFET截止， 達到保護輔助電源的目的。㈢過電流檢測電路在電渦流緩速器定子線圈在出現匝間短路時，會產生過電流，會導致功率器件過 電流擊穿。本發明增加過電流檢測電路，再將信號輸入到單片機I/O 口用於做過電流保護用。具體電路由電流取樣電阻Rsenser、穩壓二極體Z1、晶片U1、電阻R5、R6和R9組 成。工作原理是晶片Ul為不需要另外供電的電流監視器，從電流採樣電阻Rsenser兩端 提取到電壓信號後轉換為電流信號，經R5和R9分壓轉換為相對於GND的電壓信號，由Zl 穩壓後經過R5輸入到單片機的I/O 口。技術難點是電流取樣電阻是連接在電源正極的有較高的共模電壓，並且在出現過 電壓時共模電壓大於200V，如果用傳統的軌至軌運放只能解決正常情況下的共模電壓問 題，出現過電壓時仍然會被擊穿。本發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視器IC (晶片 Ul )，將有共模電壓的取樣電壓信號，轉換為電流信號，在經過經R5和R9分壓轉換為相對於 GND的電壓信號((T5V)。這樣只需要根據電流大小選擇合理的R5和R9使Ul的IN+(IN_) 端與OUT端之間電壓差不超過20V，即可實現過電壓時不會被擊穿。㈣短路檢測單元3IGBT自身不具備短路保護功能，當輸出端短路時必須另外設計短路檢測和保護功 能。具體電路由電阻R14、R15和R18、穩壓二極體Z2以及電容C3組成，工作原理是 輸出端(LOAD)短路時，電壓被箝位與GND相等，則樣通過電阻R14、R15和R18採樣，Z2穩壓保護，C3濾波後輸入到單片機I/O 口。當單片機I/O 口輸出信號驅動IGBT工作後，延時 5uS檢測是否有短路(低點品)，如果短路則單片機停止輸出。㈤溫度檢測單元2為防止IGBT過熱擊穿，設計了溫度檢測單元2。具體電路由熱敏電阻Rt、電阻R7和R8以及電容Cl組成。工作原理Rt為NPC熱 敏電阻，安裝到IGBT外殼上，當溫度升高時，Rt減小。5V電壓Rt與R7分壓，經Cl和R8濾 波後，輸入到單片機IO 口，當檢測到電壓小於一定值時，認為超溫。如圖2所示，該控制器中單片機內置控制程序，具體包括201)判斷是否拖剎和速度信號無效，否進入下一步；202)驅動控制準備燈亮；203)接收輸入檔位信號；204)接收並判斷防抱死制動系統ABS信號是否有效或短路檢測電路是否短路， 是，返回步驟201 )，否進入下一步；205)接收並根據所述絕緣柵雙極型電晶體IGBT的過電流檢測電路和溫度檢測電 路檢測結果限制輸入檔位對應的脈衝寬度調製PWM輸出佔空比，並控制其輸出；206)驅動控制指示燈亮、控制制動燈亮。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型權利要求範圍所做的均 等變化與修飾，皆應屬本實用新型權利要求的涵蓋範圍。
權利要求一種電渦流緩速器驅動控制器，包括控制單元及其連接用於驅動電渦流緩速器的驅動單元，其特徵在於，所述驅動單元包括驅動連接所述電渦流緩速器的大電流耐高壓的絕緣柵雙極型電晶體及其驅動電路。
2.根據權利要求1所述驅動控制器，其特徵在於，還包括與所述驅動控制器中輔助電 源連接的過壓保護單元(1)。
3.根據權利要求1所述驅動控制器，其特徵在於，所述絕緣柵雙極型電晶體輸出柵極 依次連接整流單元、變壓器及其電源輸入。
4.根據權利要求3所述驅動控制器，其特徵在於，所述電源輸入包括直流電源和振蕩 電路。
5.根據權利要求1所述驅動控制器，其特徵在於，還包括一端連接所述驅動單元、另一 端連接所述控制單元的過電流檢測電路。
6.根據權利要求5所述驅動控制器，其特徵在於，所述過電流檢測電路包括電流監視 器、電流監視器二輸入端對應連接兩端的用於電流採樣的採樣電阻、電流監視器輸出端與 地之間的並聯的第一分壓電阻和穩壓二極體，以及電流監視器輸出端與所述控制單元之間 的第二分壓電阻。
7.根據權利要求6所述驅動控制器，其特徵在於，所述採樣電阻位於所述驅動控制器 中絕緣柵雙極型電晶體的輸出柵極或另一柵極上。
8.根據權利要求1所述驅動控制器，其特徵在於，還包括一端連接所述驅動單元輸出 端、另一端連接所述控制單元的短路檢測電路(3)。
9.根據權利要求1所述驅動控制器，其特徵在於，還包括用於檢測所述絕緣柵雙極型 電晶體工作溫度的溫度檢測電路(2)。
10.根據權利要求9所述驅動控制器，其特徵在於，所述溫度檢測電路包括與所述絕緣 柵雙極型電晶體熱接觸的熱敏電阻。
專利摘要本實用新型涉及一種電渦流緩速器驅動控制器,包括控制單元及其連接用於驅動電渦流緩速器的驅動單元，所述驅動單元包括驅動連接所述電渦流緩速器的大電流耐高壓的絕緣柵雙極型電晶體IGBT及其驅動電路。這種電渦流緩速器驅動控制器，可耐壓300V，基本可杜絕在汽車上使用發生過電壓失效，結合過電流、短路、溫度檢測和輔助電源過電壓保護可在各種異常情況下都不會使控制器自身失效，極大地提高了可靠性，解決了電渦流緩速器行業電子控制方式可靠性不高的行業難題。
文檔編號H02H3/08GK201717818SQ20102021974
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者伍中權, 梁勇 申請人:深圳市特爾佳科技股份有限公司