[發明專利]一種大功率控制驅動器的保護裝置及控制系統

在審

• 申請號: 201610916351.6
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107968618A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 于洋;汪遠銀;宋浩;岳彩銳;魏思維;郭喜彬
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: H02P29/024
• 分類號: H02P29/024
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于控制驅動器應用技術領域，具體涉及一種大功率控制驅動器的保護裝置及控制系統。

背景技術

控制驅動器長時運行于大功率場合，其可靠性的保護措施尤為重要。在控制驅動器中，一般會考慮母線過壓與相電流過流、驅動故障等保護措施，當檢測到此類故障信號后，比較常用的方法是關閉功率管、停止輸出或者通過泄放回路泄放一部分能量以保證控制驅動器的安全，其泄放電路一般由一個大功率IGBT和泄放電阻組成。當電壓檢測電路檢測到泵升電壓后，接通IGBT，使得泄放電阻與直流電壓直接相連，利用電阻將多余能量消耗掉，從而阻止直流母線電壓升高，保護控制驅動器的安全。這種方式原理簡單易于實現，但由于泄放電阻阻值固定，泄放能力隨著阻值的確定而確定，泄放能力不能根據系統需求進行靈活變化，通常都是一拉到底，泄放方式單一，在某些工況頻繁隨機變化且不同的工作狀況有著不同制動要求的場合，單一的泄放能力很難滿足系統的需求。而且傳統的這種泄放電路由于缺乏相應的保護機制，常常會因為某些突發因素出現開關管擊穿和電阻熔斷的情況，造成泄放電路可靠性不高，從而影響控制器的系統性能。

除上述問題外，母線電壓的短時間波動會造成母線電流的突然變化，影響大功率控制驅動器長期運行，現有技術中的控制驅動器很少關注這一點。

發明內容

本發明解決的技術問題：提供一種大功率控制驅動器的保護裝置及控制系統，通過控制場效應管的門極電壓可以有效地對母線電流和母線電壓進行控制，減少母線電壓波動對控制驅動器帶來的影響，進一步提高控制驅動器運行的可靠性。

本發明采用的技術方案：

一種大功率控制驅動器的保護裝置，包括驅動模塊、繼電器、泄放電阻、金屬屏蔽罩、控制模塊、安裝板、斷路器、風扇組件、柜體、控制信號連接器；柜體內部頂層安裝有安裝板，驅動模塊安裝在安裝板左側，驅動模塊右側安裝有控制模塊和繼電器，繼電器位于控制模塊下端，控制模塊外安裝有金屬屏蔽罩；安裝板下安裝有泄放電阻和斷路器，泄放電阻和斷路器通過橫梁結構固定在柜體上；柜體外壁上安裝有風扇組件和控制信號連接器，控制信號連接器通過線纜與控制模塊相連。

通過控制信號連接器不僅可以將控制驅動器的運行狀態傳輸給保護裝置，也可以將保護裝置的控制狀態傳輸給控制驅動器，同時控制驅動器可以通過該接口對保護裝置進行控制。

一種大功率控制驅動器的控制系統，包括檢測單元、邏輯狀態控制單元、故障保持單元、控制驅動器狀態檢測單元及功率處理單元；檢測單元由檢測電路構成，邏輯比較單元由比較電路構成，邏輯控制單元主要由邏輯電路組成，功率處理單元包括隔離驅動電路及MOSFET功率實現回路。

所述MOSFET功率實現回路原理為：CTR1與CTR4兩個控制信號控制著大功率場效應管Q1的導通情況；利用MOSFET的輸出特性，通過門極電壓控制MOSFET的輸出電流，抑制母線電流，達到泄放能量控制的目的；通過改變CTR4的電壓調節場效應管Q1的輸出電流從而達到可以調整泄放速度與泄放能量的作用；場效應管Q2與CTR2組成的支路與Q1功能完全一致，起到分流的作用，通過調節CTR5的電壓調節Q2的泄放能力；為保證泄放的高可靠性，加入大功率泄放電阻組成第三條泄放回路，通過三條支路的泄放回路，增強了電路的泄放能力，也提高了系統的可靠性。

控制過程包括如下步驟：

一、保護裝置與控制驅動器進行連接，其主要有控制信號和動力信號連接，控制信號中主要包含CAN總線信號和控制器I/O狀態輸出信號；

二、啟動保護裝置，待其自檢成功后，運行保護裝置，首先檢測控制驅動器狀態，其狀態正常時，閉合CTR6啟動控制驅動器，運行控制驅動器程序驅動電機，否則傳輸故障字，運行狀態自檢；

三、在控制驅動器運行過程中，若由于電機減速制動引起短時能量回灌使得母線電壓達到電壓閾值，則閉合CTR1，保護裝置通過調節CTR4的電壓幅值調節場效應管Q1的輸出電流，從而達到調整泄放速度與泄放能量的作用；若反灌能量太大，母線電流達到設定閾值1，閉合CTR1、2，通過調節CTR4和CTR5大幅度調整保護裝置泄放能量，若母線電流達到設定閾值2或溫度達到設計閾值，斷開CTR6，閉合CTR3快速泄放母線電容上能量；