专利名称：斩波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于无轨电车、电动汽车和电力索引机动车调速的斩波器。
现有的电力机动车上使用的斩波器大多采用可控硅(SCR)作为开关元件，主要由两个主、副可控硅组成，斩波器是通过电流触发调控电路输出调控脉冲，以脉冲移相的方式对主、副可控硅进行调控，这种调控方式容易导致可控硅不能正常关断，再加上可控硅本身的性能，其触发区10％为不可调区，电车在启动时很容易引起突冲，电车在行驶过程中容易出现失控而造成交通事故；另外主可控硅的关断是通过副可控硅的导通，“LC”谐振产生高压，产生的电压高于主可控硅的阴极电位，从而使主可控硅强行关断，这种硬关闭很容易损坏滤波电容，使行电车不能正常行驶。
本实用新型的目的在于提供一种能使电车安全平稳行驶的斩波器。
为实现上述目的，本实用新型包括输入放大电路、脉冲调控电路、行车驱动电路、刹车驱动电路、驱动互锁电路和开关器件，所述脉冲调控电路由脉宽调制(PWM)模块组成，所述开关器件为绝缘栅双极三极管(IGBT)，输入电压信号分别接入输入放大电路和驱动互锁电路，经放大后的输入电压触发脉冲调控电路产生脉宽调制电压，驱动互锁电路根据输入电压的正、负，选择脉宽调制电压相应输出到刹车驱动电路或行车驱动电路，行车驱动电路驱动绝缘栅双极三极管V1的导通，输出行车的调制电压；刹车驱动电路驱动绝缘栅双极三极管V2的导通，输出刹车的调制电压。
本实用新型所述的驱动互锁电路包括放大器A1、三极管Tr7、Tr8及二极管D1、D2、D3，输入电压接入放大器A1的正相输入端，放大器A1的输出端一路经二极管D3连接到三极管Tr7的基极，三极管Tr7的集电极与二极管D1相连另一路连接到三极管Tr8的基极，三极管Tr8的发射极与二极管D2相连；正电压输入时，二极管D3，三极管Tr7导通，二极管D1截止，选择刹车脉宽调制电压输出；负电压输入时，三极管Tr8导通，二极管D2截止，选择行车脉宽调制电压输出。
本实用新型所述的行车驱动电路和刹车驱动电路相同，驱动电路由光耦OP1和三极管Tr4、Tr5组成，脉宽调制电压输出到光耦OP1再经三极管Tr4、Tr5推挽放大，驱动绝缘栅双极三极管导通，在驱动电路内设有绝缘栅双极三极管的短路保护电路。
作为本实用新型的进一步改进，在绝缘栅双极三极管V1、V2的输出端设有霍耳电流保电路和分流器保护电路，霍耳电流保电路包括霍耳传感器H、放大器A2、电位器P1及三极管Tr6，霍耳传感器H连接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，传感器H的输出端与放大器A2的正相输入端相连，放大器A2的输出一路接入输入放大电路，起内环负反馈的作用；另一路经电位器P1，稳压器D和三极管Tr6的集电接入脉冲调控电路，调节脉宽。
分流器保护电路包括分流器Id、比较放大器A3、限流电阻R3、电感L及电位器P2，分流器接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，分流器Id的输出接入比较器A3的正相输入端，与接在负相输入端的电位器P2调定电位进行比较，比较器A3输出接入光耦OP3，光耦OP3的输出接入脉冲调控电路，控制脉宽调制电压的输出宽度。
由于采用了脉宽调制(PWM)模块组成脉冲调控电路和绝缘栅双极三极管(IGBT)，由电压触发脉冲调控电路产生脉宽调制电压，通过脉宽的宽窄来调控开关器件绝缘栅双极三极管(IGBT)的导通和截止，这样的过程都是软导通、软关断，另外绝缘栅双极三极管的各项性能都优于可控硅，因此电车在启动时不会引起突冲，也不会在行驶过程中出现关不了开关器件而失控，整个斩波器安全性能大大提高，确保电车安全平稳的行驶。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型具体一个实施例的原理方框图；图2为图1所示实施例中驱动互锁电路的电路图。
图3为图1所示实施例中行车驱动电路和刹车驱动电路的电路图。
图4为图1所示实施例中霍耳电流保电路的电路图。
图5为图1所示实施例中分流器保护电路的电路图。
如图1所示，本实用新型包括输入放大电路1、脉冲调控电路2、行车驱动电路3、刹车驱动电路4、驱动互锁电路5和开关器件，脉冲调控电路2由脉宽调制(PWM)模块组成，开关器件为两个绝缘栅双极三极管V1、V2，输入电压信号分别接入输入放大电路1和驱动互锁电5，经放大后的输入电压触发脉冲调控电路2产生脉宽调制电压，驱动互锁电路5根据输入电压的正、负，选择脉宽调制电压相应输出到刹车驱动电路4或行车驱动电路3，行车驱动电路3驱动绝缘栅双极三极管V1的导通，输出行车的调制电压，对直流电机进行调速；刹车驱动电路4驱动绝缘栅双极三极管V2的导通，输出刹车的调制电压。
如图2所示，驱动互锁电路包括放大器A1、三极管Tr7、Tr8及二极管D1、D2、D3，输入电压接入放大器A1的正相输入端，放大器A1的输出端一路经二极管D3连接到三极管Tr7的基极，三极管Tr7的集电极与二极管D1相连；另一路连接到三极管Tr8的基极，三极管Tr8的发射极与二极管D2相连；行车、刹车产生的输入电压信号等效为一个电位器P，此输入电压信号分为二路，一路到输入放大电路1，另一路到放大器A1，当电位器P为正电位时，二极管D3、三极管Tr7导通，D1截止，控制驱动刹车的脉宽调制电压输出；负电位时，Tr8导通，D2截止，控制驱动行车的脉宽调制电压输出；当等效电位器P为0V时，两个三极管Tr7、Tr8同时截止，控制驱动行车和刹车两个脉宽调制电压都被锁定。
本实用新型的行车驱动电路3和刹车驱动电路4相同，驱动电路(如图3所示)由光耦OP1和三极管Tr4、Tr5组成，脉宽调制电压输出经光耦OP1接入三极管Tr4、Tr5推挽放大，驱动绝缘栅双极三极管导通。在驱动电路内设有绝缘栅双极三极管的短路保护电路，光耦OP1的输出端的另一路接入由三极管Tr1、Tr2构成倒相电路中，当在输出脉冲的上升沿及脉冲的顶部时，三极管Tr2截止，正15V电压经电阻R1、稳压二极管D4、电阻R2、二极管D6到绝缘栅双极三极管的集电极C，正常情况时，绝缘栅双极三极管的集电极C、发射极E之间只有2～3V的饱和压降，准确调节电阻R2的电阻值使+15V的电流全部流经R1、D4、R2、D6和绝缘栅双极三极管的C、E极，而三极管Tr3处于截止状态。
当绝缘栅双极三极管出现短路，集电极C、发射极E之间的饱和压降高达7V，此时，二极管D6截止，+15V的电压由电阻R1、稳压管D4、三极管Tr3的基极，使三极管Tr3、光耦OP2导通，OP2的集电极、发射极是短路保护输出接入脉冲调控电路2、，使停止输出脉宽调制电压，同时Tr3的导通，也使二极管D5导通，由于D5的导通，使三极管Tr4、Tr5的基极为-15V，使绝缘栅双极三极管被截止。
作为本实用新型的进一步改进，在每个绝缘栅双极三极管的输出端设有霍耳电流保电路6(如图4所示)和分流器保护电路7(如图5所示)，霍耳电流保电路包括霍耳传感器H、放大器A2、电位器P1及三极管Tr6，霍耳传感器H连接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，传感器H的输出端与放大器A2的正相输入端相连，放大器A2的输出一路接入输入放大电路；另一路经电位器P1，稳压器D和三极管Tr6的集电极接入脉冲调控电路2；霍尔电流传感器对负载电流检测，在输出与负载电流成正比的线性电压，经放大器A2放大，分为两路输出，一路为内环负反馈，另一路输出，经电位器P1、稳压管D接入三极管Tr6的基极，三极管Tr6的集电极接入脉冲调控电路2，调节电位器P1，使负载电流达到最大极限值时，稳压管D、三极管Tr6导通，三极管Tr6集电极电位下降，三极管Tr6未导通时，集电极电压为高电位，脉冲调控电路2可以最大脉宽输出，集电极电位低时，脉冲调控电路2以最窄的脉冲输出或没有脉冲输出，使负载电流为恒流，此为第一级电流保护。
分流器保护电路包括分流器Id、比较放大器A3、限流电阻R3及电位器P2，分流器接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，分流器Id产生的电压降，正比于负载电流，此电压经滤波电感L限流电阻R3通往比较放大器A3的正输入端，调节电位器P使负载电流达到极限值时比较器被触发，使光耦OP3导通，光耦OP3的输出接入脉冲调控电路2，在光耦OP3导通前，光耦OP3的集电极电压为高电位，导通后，集电极为低电位，当集电极为低电位时，脉冲调控电路2输出窄脉冲，使负载电流为恒流，此为第二级电流保护。
权利要求1.一种斩波器，包括输入放大电路(1)、脉冲调控电路(2)、行车驱动电路(3)、刹车驱动电路(4)和开关器件，其特征在于还包括驱动互锁电路(5)，所述脉冲调控电路由脉宽调制(PWM)模块组成，所述开关器件为两个绝缘栅双极三极管(V1、V2)，输入电压信号分别接入输入放大电路(1)和驱动互锁电路(5)，经放大后的输入电压触发脉冲调控电路(2)的产生脉宽调制电压，驱动互锁电路(5)根据输入电压的正、负选择脉宽调制电压输出到行车驱动电路(3)或刹车驱动电路(4)，行车驱动电路(3)驱动绝缘栅双极三极管(V1)的导通，输出行车的调制电压；刹车驱动电路(4)驱动绝缘栅双极三极管(V2)的导通，输出刹车的调制电压。
2.根据权利要求1所述的斩波器，其特征在于所述的驱动互锁电路(5)包括放大器(A1)、三极管(Tr7、Tr8)及二极管(D1、D2、D3)，输入电压接入放大器(A1)的正相输入端，放大器(A1)的输出端一路经二极管(D3)连接到三极管(Tr7)的基极，三极管(Tr7)的集电极与二极管(D1)相连；另一路连接到三极管(Tr8)的基极，三极管(Tr8)的发射极与二极管(D2)相连；正电压输入时，二极管(D3)、三极管(Tr7)导通，二极管(D1)截止，选择刹车脉宽调制电压输出；负电压输入时，三极管(Tr8)导通，二极管(D2)截止，选择行车脉宽调制电压输出。
3.根据权利要求1所述的斩波器，其特征在于行车驱动电路(3)和刹车驱动电路(4)相同，驱动电路由光耦(OP1)和三极管(Tr4、Tr5)组成，脉宽调制电压输出到光耦(OP1)再经三极管(Tr4、Tr5)推挽放大，接入绝缘栅双极三极管的栅极，驱动绝缘栅双极三极管导通；在驱动电路内设有绝缘栅双极三极管的短路保护电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的斩波器，其特征在于在绝缘栅双极三极管(Vl、V2)的输出端设有霍耳电流保电路(6)。该电路包括霍耳传感器(H)、放大器(A2)、电位器(P1)及三极管(Tr6)，霍耳传感器(H)连接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，传感器(H)的输出端与放大器(A2)的正相输入端相连，放大器(A2)的输出端一路接入输入放大电路(1)，起内环负反馈的作用；另一路经电位器(P1)、稳压器(D)与三极管(Tr6)的基极连接，三极管(Tr6)的集电极接入脉冲调控电路(2)，控制脉宽调制电压的输出宽度。
5.根据权利要求4所述的斩波器，其特征在于在绝缘栅双极三极管(V1、V2)的输出端设有分流器保护电路(7)，该电路包括分流器(Id)、比较放大器(A3)、限流电阻(R3)电感(L)及电位器(P2)，分流器(Id)接在绝缘栅双极三极管的负载回路中，分流器(Id)的输出经限流电阻(R3)、电感(L)接入比较器(A3)的正相输入端，与接在负相输入端的电位器(P2)调定电位进行比较后，输出电压接入光耦(OP3)，光耦(OP3)的输出接入脉冲调控电路(2)，控制脉宽调制电压的输出宽度。
专利摘要本实用新型公开了一种斩波器,包括输入放大电路、脉冲调控电路、行车驱动电路、刹车驱动电路、驱动互锁电路和开关器件,所述脉冲调控电路由脉宽调制(PWM)模块组成,所述开关器件为绝缘栅双极三极管,输入电压信号分别接入输入放大电路和驱动互锁电路,经放大后的输入电压触发脉冲调控电路产生脉宽调制电压,驱动互锁电路根据输入电压的正、负,选择脉宽调制电压相应输出到刹车驱动电路或行车驱动电路,驱动相应的绝缘栅双极三极管的导通,输出的脉宽调制电压。
文档编号H02M7/02GK2457786SQ0024042
公开日2001年10月31日 申请日期2000年12月11日 优先权日2000年12月11日
发明者范汉强 申请人:范汉强