CN103532362A

CN103532362A - 一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路

Info

Publication number: CN103532362A
Application number: CN201210231244.1A
Authority: CN
Inventors: 姜丽婷; 卢二宝; 朱大宾; 岳振波; 李旭东
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: CN103532362B

Abstract

本发明涉及大功率伺服驱动安全电路技术领域，具体公开了一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路。该电路中若干个开关状态为反逻辑的上功率管控制状态信号PWMX与下功率管控制状态信号PWMY为互补信号，并输入到互锁信号电路中的同向门电路和反向门电路；PWMX通过同向门电路的输出与PWMY通过反向门电路的输出进行“线与”后输入信号复原电路中的反向门电路，获得上功率管控制信号PWMAX；PWMY通过同向门电路的输出与PWMY通过反向门电路的输出进行“线与”后输入信号复原电路中的反向门电路，获得下功率管控制信号PWMAY。该电路简单、可靠，能够有效地防止功率模块驱动同一桥臂上、下功率管同时开启造成该桥臂直通，减少通过功率管电流过大对功率管的损坏。

Description

一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路

技术领域

本发明属于大功率伺服驱动安全电路技术领域，具体涉及一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路。

背景技术

在电机驱动器及逆变器领域中，由驱动控制功率模块IGBT、IPM或MOSFET组成电压斩波桥臂，组成该斩波模块的桥臂有两桥臂，三桥臂，六桥臂等不同的组成方式。在控制该桥臂斩波的过程中，关键是控制桥臂上下功率管的开关，依次来控制功率管的斩波，在此过程中，正常的状态是同一桥臂上下功率管的开关状态相反，即若上功率管开，则下功率管关；若上功率管关，则下功率管开。若产生同一桥臂上、下功率管同时开的情况，则该桥臂的电流就会瞬间增大，会对功率管造成损坏，并导致安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，可以防止功率模块同一桥臂上、下功率管同时开启所造成该桥臂直通，减少通过功率管电流过大对功率管的损坏。

本发明的技术方案如下：一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，包括互锁信号电路与信号复原电路，其中，互锁信号电路包括同向门电路U13和反向门电路U14；若干个开关状态为反逻辑的待控制功率模块同一桥臂的上功率管控制状态信号PWMX与下功率管控制状态信号PWMY正常状态为互补信号，并同时输入到互锁信号电路中的同向门电路U13和反向门电路U14；上功率管控制状态信号PWMX通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWMY通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后输入信号复原电路中的反向门电路U15，获得待控制功率模块同一桥臂的上功率管控制信号PWMAX；下功率管控制状态信号PWMY通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWMY通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后输入信号复原电路中的反向门电路U15，获得待控制功率模块同一桥臂的下功率管控制信号PWMAY。

所述的同向门电路U13为集电极开路同向驱动门，其输出信号和原信号状态相同。

所述反向门电路U14和反向门电路U15为反向驱动门电路，其输出信号和原信号状态相同。

所述的待控制功率模块为控制两桥臂、或三桥臂、或六桥臂的功率模块。

所述的控制三桥臂功率模块的安全电路中，互锁信号电路的具体结构为：第一桥臂上功率管控制状态信号PWM1同时与同向门电路U13第一输入端A1和反向门电路U14第一输入端A1相连；第一桥臂下功率管控制状态信号PWM2同时与同向门电路U13第二输入端A2和反向门电路U14第二输入端A2相连；第二桥臂上功率管控制状态信号PWM3同时与同向门电路U13第三输入端A3和反向门电路U14第三输入端A3相连；第二桥臂下功率管控制状态信号PWM4同时与同向门电路U13第四输入端A4和反向门电路U14第四输入端A4相连；第三桥臂上功率管控制状态信号PWM5同时与同向门电路U13第五输入端A5和反向门电路U14第五输入端A5相连；第三桥臂下功率管控制状态信号PWM6同时与同向门电路U13第六输入端A6和反向门电路U14第六输入端A6相连；同向门电路U13第一输出端Y1与反向门电路U14第二输出端Y2共同连接到带有电阻R17的供电支路上，并形成控制信号PWM1!2；同向门电路U13第二输出端Y2与反向门电路U14第一输出端Y1共同连接到带有电阻R16的供电支路上，并形成控制信号PWM2!1；同向门电路U13第三输出端Y3与反向门电路U14第四输出端Y4共同连接到带有电阻R15的供电支路上，并形成控制信号PWM3!4；同向门电路U13第四输出端Y4与反向门电路U14第三输出端Y3共同连接到带有电阻R14的供电支路上，并形成控制信号PWM4!3；同向门电路U13第五输出端Y5与反向门电路U14第六输出端Y6共同连接到带有电阻R18的供电支路上，并形成控制信号PWM5!6；同向门电路U13第六输出端Y6与反向门电路U14第五输出端Y5共同连接到带有电阻R19的供电支路上，并形成控制信号PWM4!3；同向门电路U13的VCC端口和反向门电路U14的VCC端口都与电源相连；同向门电路U13的GND端口和反向门电路U14的GND端口都与地相连。

所述的控制三桥臂功率模块的安全电路中，信号复原电路的具体结构为：控制信号PWM2!1、PWM1!2、PWM3!4、PWM6!5、PWM5!6和PWM4!3分别连接到反向门电路U15的第一输入端A1、第二输入端A2、第三输入端A3、第四输入端A4、第五输入端A5和第六输入端A6；带有电阻R24的供电支路连接到反向门电路U15的第一输出端Y1，并形成控制第一桥臂的上功率管控制信号PWMA1；带有电阻R23的供电支路连接到反向门电路U15的第二输出端Y2，并形成控制第一桥臂的下功率管控制信号PWMA2；带有电阻R22的供电支路连接到反向门电路U15的第三输出端Y3，并形成控制第二桥臂的上功率管控制信号PWMA3；带有电阻R21的供电支路连接到反向门电路U15的第四输出端Y4，并形成控制第三桥臂的下功率管控制信号PWMA6；带有电阻R26的供电支路连接到反向门电路U15的第五输出端Y5，并形成控制第三桥臂的上功率管控制信号PWMA5；带有电阻R25的供电支路连接到反向门电路U15的第六输出端Y6，并形成控制第二桥臂的下功率管控制信号PWMA4；同向门电路U15的VCC端口与电源相连；同向门电路U13的GND端口与地相连。

所述的供电支路电源为5V，电源为5V。

所述的R14、R15、R16、R17、R18和R19的电阻为4.7kΩ；所述的R21、R22、R23、R24、R25和R26的电阻为4.7kΩ。

所述的U13型号为74LS7407。

所述的U14和U15型号为74LS7406。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，实现方案简单、可靠，能够有效地防止功率模块驱动同一桥臂上、下功率管同时开启造成该桥臂直通，减少通过功率管电流过大对功率管的损坏。

附图说明

图1为本发明所述一种防止功率模块驱动三桥臂上下功率管直通的安全电路结构示意图

图2为本发明所述一种防止功率模块驱动三桥臂上下功率管直通的安全电路中互锁电路示意图；

图3为本为本发明所述一种防止功率模块驱动三桥臂上下功率管直通的安全电路中信号复原电路示意图。

图中，1、互锁电路；2、信号复原电路

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，对于三桥臂的防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，包括互锁电路和信号复原电路，其中，互锁信号电路包括同向门电路U13和反向门电路U14；控制功率模块的第一桥臂的上功率管控制信号PWMA1与下功率管控制状态信号PWM2正常情况下位互补信号，不能同时为高信号，即PWM1=1、PWM2=0或PWM1=0、PWM2=1。第一桥臂上功率管控制状态信号PWM1同时与同向门电路U13第一输入端A1和反向门电路U14第一输入端A1相连；第一桥臂下功率管控制状态信号PWM2同时与同向门电路U13第二输入端A2和反向门电路U14第二输入端A2相连；同向门电路U13第一输出端Y1与反向门电路U14第二输出端Y2共同连接到带有电阻R17的供电支路上，并形成控制信号PWM1!2，即上功率管控制状态信号PWM1通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWM2通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后，获得控制信号PWM1!2；同向门电路U13第二输出端Y2与反向门电路U14第一输出端Y1共同连接到带有电阻R16的供电支路上，并形成控制信号PWM2!1，即下功率管控制状态信号PWM2通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWM1通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后，获得控制信号PWM2!1；控制信号PWM2!1、PWM1!2分别连接到反向门电路U15的第一输入端A1、第二输入端A2；带有电阻R24的供电支路连接到反向门电路U15的第一输出端Y1，并形成控制第一桥臂的上功率管控制信号PWMA1；带有电阻R23的供电支路连接到反向门电路U15的第二输出端Y2，并形成控制第一桥臂的下功率管控制信号PWMA2；功率模块开关状态为反逻辑，因此，获得的控制信号PWMA1和PWMA2可以用于控制第一桥臂功率管的通断，防止第一桥臂上、下功率管同时开启造成该桥臂直通。

第二桥臂和第三桥臂的连接结构与第一桥臂的结构类似。

本发明所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路的具体工作过程为：

当功率模块处于正常信号控制状态时，如当PWM1=1、PWM2=0时，其中，PWM1=1表示高信号，PWM2=0表示低信号；由于U13为集电极开路同向驱动门，故其输出信号和原信号状态相同，所以PWM1（U13）=1，PWM2（U13）=0，其中，PWM1（U13）表示第一桥臂上功率管控制状态信号PWM1经过同向门电路U13的输出；U14为反向驱动门电路，故PWM1（U14）=0，PWM2（U14）=1；PWM1（U13）与PWM2（U14）进行“线与”操作，获得控制信号PWM1!2=1；PWM2（U13）与PWM1（U14）进行“线与”操作，获得控制信号PWM2!1=0；将控制信号PWM1!2和PWM2!1通过U15反向驱动门电路，获得PWMA1=0，PWMA2=1。即原信号为PWM1=1，PWM2=0，即上功率管为开状态，下功率管为关状态。经过本发明所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路后，由于功率模块开关状态为反逻辑，故PWMA1=0为开状态，PWMA2=1为关状态。

当功率模块处于非正常信号控制状态时，如当PWM1=1、PWM2=1时，及上、下功率管直通；由于U13为集电极开路同向驱动门，故其输出信号和原信号状态相同，所以PWM1（U13）=1，PWM2（U13）=1；U14为反向驱动门电路，故PWM1（U14）=0，PWM2（U14）=0；PWM1（U13）与PWM2（U14）进行“线与”操作，获得控制信号PWM1!2=0；PWM2（U13）与PWM1（U14）进行“线与”操作，获得控制信号PWM2!1=0；将控制信号PWM1!2和PWM2!1通过U15反向驱动门电路，获得PWMA1=1，PWMA2=1。即原信号为PWM1=1、PWM2=1，是桥臂上下功率管直通状态，经过本发明所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路后，PWMA1为高信号，即功率管为关状态，PWMA2为高信号，功率管为关状态，避免同一桥臂上下功率管直通的情况发生。

Claims

1.一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：包括互锁信号电路（1）与信号复原电路（2），其中，互锁信号电路（1）包括同向门电路U13和反向门电路U14；若干个开关状态为反逻辑的待控制功率模块同一桥臂的上功率管控制状态信号PWMX与下功率管控制状态信号PWMY正常状态为互补信号，并同时输入到互锁信号电路（1）中的同向门电路U13和反向门电路U14；上功率管控制状态信号PWMX通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWMY通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后输入信号复原电路（2）中的反向门电路U15，获得待控制功率模块同一桥臂的上功率管控制信号PWMAX；下功率管控制状态信号PWMY通过同向门电路U13的输出与下功率管控制状态信号PWMY通过反向门电路U14的输出进行“线与”操作后输入信号复原电路（2）中的反向门电路U15，获得待控制功率模块同一桥臂的下功率管控制信号PWMAY。

2.根据权利要求1所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的同向门电路U13为集电极开路同向驱动门，其输出信号和原信号状态相同。

3.根据权利要求1所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述反向门电路U14和反向门电路U15为反向驱动门电路，其输出信号和原信号状态相反。

4.根据权利要求1所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的待控制功率模块为控制两桥臂、或三桥臂、或六桥臂的功率模块。

5.根据权利要求4所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的控制三桥臂功率模块的安全电路中，互锁信号电路（1）的具体结构为：第一桥臂上功率管控制状态信号PWM1同时与同向门电路U13第一输入端A1和反向门电路U14第一输入端A1相连；第一桥臂下功率管控制状态信号PWM2同时与同向门电路U13第二输入端A2和反向门电路U14第二输入端A2相连；第二桥臂上功率管控制状态信号PWM3同时与同向门电路U13第三输入端A3和反向门电路U14第三输入端A3相连；第二桥臂下功率管控制状态信号PWM4同时与同向门电路U13第四输入端A4和反向门电路U14第四输入端A4相连；第三桥臂上功率管控制状态信号PWM5同时与同向门电路U13第五输入端A5和反向门电路U14第五输入端A5相连；第三桥臂下功率管控制状态信号PWM6同时与同向门电路U13第六输入端A6和反向门电路U14第六输入端A6相连；同向门电路U13第一输出端Y1与反向门电路U14第二输出端Y2共同连接到带有电阻R17的供电支路上，并形成控制信号PWM1!2；同向门电路U13第二输出端Y2与反向门电路U14第一输出端Y1共同连接到带有电阻R16的供电支路上，并形成控制信号PWM2!1；同向门电路U13第三输出端Y3与反向门电路U14第四输出端Y4共同连接到带有电阻R15的供电支路上，并形成控制信号PWM3!4；同向门电路U13第四输出端Y4与反向门电路U14第三输出端Y3共同连接到带有电阻R14的供电支路上，并形成控制信号PWM4!3；同向门电路U13第五输出端Y5与反向门电路U14第六输出端Y6共同连接到带有电阻R18的供电支路上，并形成控制信号PWM5!6；同向门电路U13第六输出端Y6与反向门电路U14第五输出端Y5共同连接到带有电阻R19的供电支路上，并形成控制信号PWM4!3；同向门电路U13的VCC端口和反向门电路U14的VCC端口都与电源相连；同向门电路U13的GND端口和反向门电路U14的GND端口都与地相连。

6.根据权利要求5所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的控制三桥臂功率模块的安全电路中，信号复原电路（2）的具体结构为：控制信号PWM2!1、PWM1!2、PWM3!4、PWM6!5、PWM5!6和PWM4!3分别连接到反向门电路U15的第一输入端A1、第二输入端A2、第三输入端A3、第四输入端A4、第五输入端A5和第六输入端A6；带有电阻R24的供电支路连接到反向门电路U15的第一输出端Y1，并形成控制第一桥臂的上功率管控制信号PWMA1；带有电阻R23的供电支路连接到反向门电路U15的第二输出端Y2，并形成控制第一桥臂的下功率管控制信号PWMA2；带有电阻R22的供电支路连接到反向门电路U15的第三输出端Y3，并形成控制第二桥臂的上功率管控制信号PWMA3；带有电阻R21的供电支路连接到反向门电路U15的第四输出端Y4，并形成控制第三桥臂的下功率管控制信号PWMA6；带有电阻R26的供电支路连接到反向门电路U15的第五输出端Y5，并形成控制第三桥臂的上功率管控制信号PWMA5；带有电阻R25的供电支路连接到反向门电路U15的第六输出端Y6，并形成控制第二桥臂的下功率管控制信号PWMA4；同向门电路U15的VCC端口与电源相连；同向门电路U13的GND端口与地相连。

7.根据权利要求5或6所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的供电支路电源为5V，电源为5V。

8.根据权利要求5或6所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的R14、R15、R16、R17、R18和R19的电阻为4.7kΩ；所述的R21、R22、R23、R24、R25和R26的电阻为4.7kΩ。

9.根据权利要求2所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的U13型号为74LS7407。

10.根据权利要求3所述的一种防止功率模块驱动桥臂上下功率管直通的安全电路，其特征在于：所述的U14和U15型号为74LS7406。