光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器及使用方法
【专利摘要】本发明涉及光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器及使用方法，包括光控单元、驱动单元电路、主电路；主电路由并联在一组电源上的若干对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管互补电路组成，简化驱动电路，避免发生换向失败事故；控制系统采用光电转换方式，光控单元的发受光元件与驱动单元电路同步，驱动单元电路由光耦元件和晶体管电路组成，电路简单，每个驱动单元电路设有两路起动输入端和三个输出端子，实现了一个驱动单元电路输出三点电位控制主电路中一对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管互补电路的三种工作状态。光控单元实施“一点多控”方式，驱动单元电路实施“三控二”。
【专利说明】光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直流电机换向器【技术领域】，尤其涉及光控驱动的绝缘栅双极晶体管(IGBT)换向器及使用方法。
【背景技术】
[0002]直流电机是依靠换向器进行工作的。传统的换向器有两种，其一为机械(整流子)换向器，工作时产生火花或环火，绝缘强度低，维护量大；其二为电子换向器，必须设置严格的同步闭环系统，控制回路复杂，容易产生贯穿短路。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器及使用方法，利用光电转换电路起动驱动单元电路，每个驱动单元电路设有两路起动输入端和三个输出端子，实现一个驱动单元电路输出的三点电位控制主电路中一对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管(IGBT)互补电路的三种工作状态，进而实现可靠换向工作的目的。
[0004]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0005]光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，包括光控单元、驱动单元电路、主电路；
[0006]光控单元包括正向光控装置、反向光控装置、发受光装置、遮透光装置；
[0007]正向光控装置与反向光控装置以遮透光装置的环形遮光板为对称轴相互对称，正向光控装置与反向光控装置均包括发受光装置、遮透光装置，发受光装置由环形支撑装置、固定在环形支撑装置上的空心厚壁圆柱体、设置在空心厚壁圆柱体上的发光二极管和光敏二极管组成，环形支撑装置由环形板、固定在环形板一侧面上的空心圆柱体组成；遮透光装置由环形遮光板、光控单兀外壳、设置在环形遮光板一侧的与环形遮光板同圆心的正向遮透光薄壁圆桶、设置在环形遮光板另一侧的与环形遮光板同圆心的反向遮透光薄壁圆桶组成，光控单元外壳内固定连接环形遮光板，正向遮透光薄壁圆桶圆周表面上开设有正向控制透光孔，反向遮透光薄壁圆桶圆周表面上开设有反向控制透光孔；空心厚壁圆柱体靠近环形遮光板侧的厚壁上开设有环形空间，所述环形空间与空心厚壁圆柱体同圆心，所述正向遮透光薄壁圆桶、反向遮透光薄壁圆桶插接在环形空间内，环形空间将空心厚壁圆柱体靠近环形遮光板侧的厚壁分为上壁和下壁，所述上壁圆周上开设有均匀排列的发光二极管的安装通孔，所述下壁圆周上开设有均匀排列的光敏二极管的安装通孔，发光二极管的安装通孔、光敏二极管的安装通孔上下纵向垂直一一对应。
[0008]所述驱动单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路两部分组成，NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路由双位光耦合器中第一路输入起动光稱元件一、晶体管脉冲放大电路、晶体管箝位电路组成；PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路由双位光耦合器中第二路输入起动光耦元件二、晶体管脉冲放大电路、晶体管箝位电路组成；NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路共同采用一组设有一个公共端的三端子输出电路；NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路共用一组独立电源供电。
[0009]所述的主电路由并联在一组电源上的若干个主电路单元电路组成，所述主电路单元电路包括每对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管构成的互补电路、绝缘栅双极晶体管栅-射极电阻电路，主电路单元电路有三种工作状态:NPN型绝缘栅双极晶体管开通、PNP型绝缘栅双极晶体管关断；NPN型绝缘栅双极晶体管关断、PNP型绝缘栅双极晶体管关断；NPN型绝缘栅双极晶体管关断、PNP型绝缘栅双极晶体管开通；主电路单元电路设有三个输入端子与驱动单兀电路的三个输出端子对应相连。
[0010]所述的正向光控装置、反向光控装置通过切换开关实现对电机的正反向移动控制。
[0011]所述的发光二极管通过压紧件固定在发光二极管安装通孔内；所述光敏二极管通过压紧件固定在光敏二极管安装通孔内；所述空心厚壁圆柱体通过安装螺丝固定在环形支撑装置中环形板上，环形支撑装置中空心圆柱体与电机的定子部分固定在一起。
[0012]所述的光控单元外壳、环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶、反向遮透光薄壁圆桶为一体式结构，所述的正向遮透光薄壁圆桶上正向控制透光孔、反向遮透光薄壁圆桶上反向控制透光孔互差180°，正向控制透光孔设置在电机的转子N、S主磁极几何中心线的对应位置上；光控单元外壳与电机的转子部分固定在一起。
[0013]光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器的使用方法，正向光控装置或反向光控装置的发光二极管得电发光后，由于环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶或反向遮透光薄壁圆桶的作用，只有与正向控制透光孔或反向控制透光孔相对应的1-2个光敏二极管才受光导通；起动驱动单元电路的是一个光敏二极管、一个驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一、另一个驱动单元电路中的第二路输入起动光耦元件二串联后接入直流电源的电路，即采用一个独立的光敏二极管受光导通后，再起动光敏二极管所对应的驱动单元电路中的第一路输入起动光稱兀件一时，同时起动与该光敏二极管空间位置相差180°的另一个光敏二极管所对应的驱动单元电路中的所述第二路输入起动光耦元件二。
[0014]光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器的使用方法，正向光控装置或反向光控装置的发光二极管得电发光后，由于环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶或反向遮透光薄壁圆桶的作用，只有与正向控制透光孔或反向控制透光孔相对应的3-4个光敏二极管才受光导通；起动所述驱动单元电路是两组空间位置相差180°的两个为一组的两个相邻光敏二极管并联电路分别与所述驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一、第二路输入起动光耦元件二串联后接入直流电源的电路，即采用两组两个相邻光敏二极管并联电路中的一组光敏二极管受光导通后起动所对应的所述驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一，另一组空间位置相差180°的两个相邻光敏二极管并联电路没有受光而截止不能起动所述驱动单元电路中的第二路输入起动光耦元件二。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016]主电路由并联在一组电源上的若干对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管(IGBT)互补电路组成，控制系统采用光电转换方式，光控单元的发受光元件与驱动单元电路自然同步，驱动单元电路由光耦元件和晶体管电路组成，电路简单，每个驱动单元电路设有两路起动输入端和三个输出端子，实现了一个驱动单元电路输出三点电位控制主电路中一对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管(IGBT)互补电路的三种工作状态。
[0017]光控单元实施“一点多控”方式，驱动单元电路实施“三控二”，主电路采用了 NPN型、PNP型绝缘栅双极晶体管(IGBT)互补电路，简化了驱动电路，不需要复杂而严格的同步闭环控制回路，不会发生换向失败事故。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例1原理图。
[0019]图2是光控单元一结构示意图。
[0020]图3是图2中沿A-A线剖视图。
[0021]图4、图6是图2的分解图。
[0022]图5是遮透光装置一主视图。
[0023]图7是环形支撑装置主视图。
[0024]图8是环形支撑装置左视图。
[0025]图9是图5遮透光装置一左视图。
[0026]图10是实施例1空心厚壁圆柱体上元件示意图。
[0027]图11是图10分解示意图。
[0028]图12是本发明驱动单元电路接线原理图。
[0029]图13是本发明主电路单元电路接线原理图。
[0030]图14是光控单元一接线原理图。
[0031]图15是本发明实施例2原理图。
[0032]图16是光控单元二结构示意图。
[0033]图17是图16的沿A-A线剖视图。
[0034]图18是遮透光装置二主视图。
[0035]图19是遮透光装置二左视图。
[0036]图20是实施例2空心厚壁圆柱体上元件示意图。
[0037]图21是图20分解示意图。
[0038]图22是光控单元二接线原理图。
[0039]图23是本发明驱动单元电路与主电路单元电路三种工作状态原理图。
[0040]图中:1_环形支撑装置2-环形板3-空心圆柱体4-空心厚壁圆柱体5-环形空间6-上壁7-下壁8-安装通孔一 9-安装通孔二 10-压紧件一 11-压紧件二 12-安装螺钉一 13-安装螺钉二 14-安装螺钉三15-过线孔16-双位光耦合器17-光耦元件一18-光耦元件二 19一29-开关三极管Tl一Tll 30— 35-开关二极管Zl—Z6 36— 53-电阻器Rl — R18 54-电位器RWl 55-电位器RW2 56-NPN型绝缘栅双极晶体管VT157-PNP型绝缘栅双极晶体管VT2 58-二极管Z7 59-二极管Z8 60—107-发光二极管2EF1 — 2EF48108—155-光敏二极管 2CU1 — 2CU48 156—170-驱动单元电路 QDl—QD15 171 —185-主电路单元电路ZDLl—ZDL15 186-光控单元一 187-光控单元一外壳188-正向光控装置一 189-反向光控装置一 190-切换开关一 191-正向发受光装置一 192-反向发受光装置一193-透遮光装置一 194-环形遮光板一 195-正向透遮光薄壁圆桶一 196-反向透遮光薄壁圆桶一 197-正向控制透光孔一 198-反向控制透光孔一 199-主电路一 200-光控单元二 201-光控单元二外壳202-正向光控装置二 203-反向光控装置二 204-切换开关二205-正向发受光装置二 206-反向发受光装置二 207-透遮光装置二 208-环形遮光板二 209-正向透遮光薄壁圆桶二 210-反向透遮光薄壁圆桶二 211-正向控制透光孔二212-反向控制透光孔二 213-主电路二
【具体实施方式】
[0041]下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0042]实施例一:
[0043]见图1-图9，光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，用于定子为直流电枢绕组的电机，包括光控单兀一 186、设置在光控单兀一外壳187内正向光控装置一 188、反向光控装置一 189，正向光控装置一 188与反向光控装置一 189以环形遮光板一 194为对称轴相互对称，正向光控装置一 188由正向发受光装置一 191、遮透光装置一 193组成,反向光控装置一189由反向发受光装置一 192、遮透光装置一 193组成，正向发受光装置一 191由环形支撑装置1、设置在环形支撑装置I上的空心厚壁圆柱体4、设置在空心厚壁圆柱体4上的发光二极管60-71、光敏二极管108-119组成；反向发受光装置一 192由环形支撑装置1、设置在环形支撑装置I上的空心厚壁圆柱体4、设置在空心厚壁圆柱体4上的发光二极管72-83、光敏二极管120-131组成，所述环形支撑装置I由环形板2、设置在环形板2 —侧面上的空心圆柱体3组成。
[0044]遮透光装置一 193由环形遮光板一 194、设置在环形遮光板一 194 一侧的与环形遮光板一 194同圆心的正向遮透光薄壁圆桶一 195、设置在环形遮光板一 194另一侧的与环形遮光板一 194同圆心的反向遮透光薄壁圆桶一 196组成,正向遮透光薄壁圆桶一 195圆周表面上开设有正向控制透光孔一 197,反向遮透光薄壁圆桶一 196圆周表面上开设有反向控制透光孔一 198。
[0045]空心厚壁圆柱体4靠近环形遮光板一 194侧的厚壁上开设有环形空间5，环形空间5与空心厚壁圆柱体4同圆心，所述正向遮透光薄壁圆桶一 195、反向遮透光薄壁圆桶一 196插接在所述环形空间5内，环形空间5将空心厚壁圆柱体4靠近环形遮光板一 194侧的厚壁分为上壁6和下壁7，空心厚壁圆柱体4的上壁6圆周上开设有用于均匀排列发光二极管60-71的安装通孔一 8 ;空心厚壁圆柱体4的下壁7圆周上开设有用于均匀排列光敏二极管108-119的安装通孔二 9 ;安装通孔一 8与安装通孔二 9上下纵向垂直——对应。
[0046]正向光控装置一 188、反向光控装置一 189通过切换开关一 190可实现对电机的正反向移动控制。
[0047]正向遮透光薄壁圆桶一 195上正向控制透光孔一 197与反向遮透光薄壁圆桶一196上反向控制透光孔一 198的位置在空间互差180°，正向控制透光孔一 197位置设置在电机的转子N、S主磁极几何中心线的对应位置上。
[0048]光控单元一 186外壳187、环形遮光板一 194、正向遮透光薄壁圆桶一 195、反向遮透光薄壁圆桶一 196制成一体，光控单元一 186外壳187与电机的转子部分固定在一起。
[0049]空心厚壁圆柱体4通过安装螺丝12固定在环形支撑装置I中环形板2上，环形支撑装置I中空心圆柱体3与电机的定子部分固定在一起。
[0050]见图10、图11发光二极管60-71通过压紧件10固定在安装通孔一 8内；光敏二极管108-119通过压紧件11固定在安装通孔二 9内。
[0051]见图12、图14,绝缘栅双极晶体管驱动电路单元156-167每个单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路两部分组成，NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路由双位光耦合器16中第一路输入起动光耦元件一 17、开关三极管19、22、23、24组成的脉冲放大电路、开关三极管20、21箝位电路组成；PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路由双位光耦合器16中第二路输入起动光耦元件二 18、开关三极管25、26、28、29组成的脉冲放大电路、开关三极管27箝位电路组成；NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路共同采用一组设有一个公共端O的三端子A、O、B输出电路，NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路公用一组独立电源供电。
[0052]见图13，主电路一 199中主电路单元电路171-182并联在同I组电源上、主电路单元电路171-182每个单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管56和PNP型绝缘栅双极晶体管57构成的互补电路、电阻器52、53、二极管58、59组成，每个主电路单元电路设有三个输入端子与驱动单元电路156-167每个单元的三个输出端子A、O、B——对应相连。
[0053]见图14,光控单兀一 186中的发光二极管60-71得电发光后，由于环形遮光板一194、正向遮透光薄壁圆桶一 195作用，只有与正向控制透光孔一 197相对应的光敏二极管119受光导通；起动驱动单元电路167、161的是一个光敏二极管119、一个驱动单元电路167中的第一路输入起动光耦元件一 17、另一个驱动单元电路161中的第二路输入起动光耦元件二 18串联后接入直流电源的电路，即采用一个独立的光敏二极管119受光导通后，在起动光敏二极管119所对应的驱动单元电路167中的第一路输入起动光耦元件一 17时，同时起动与光敏二极管119空间相差180°的另一个光敏二极管113所对应的驱动单元电路161中的第二路输入起动光耦元件二 18。
[0054]实施例二:
[0055]见图7、图8、图15-图19，光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，用于定子为三相对称绕组的电机，包括光控单元二 200、设置在光控单元二 200外壳201内正向光控装置二202、反向光控装置二 203，正向光控装置二 202与反向光控装置二 203以环形遮光板二 208为对称轴相互对称，正向光控装置二 202由正向发受光装置二 205、遮透光装置二 207组成，反向光控装置二 203由反向发受光装置二 206、遮透光装置二 207组成，正向发受光装置二205由环形支撑装置1、设置在环形支撑装置I上的空心厚壁圆柱体4、设置在空心厚壁圆柱体4上的发光二极管84-95、光敏二极管132-143组成；反向发受光装置二 206由环形支撑装置1、设置在环形支撑装置I上的空心厚壁圆柱体4、设置在空心厚壁圆柱体4上的发光二极管96-107、光敏二极管144-155组成，所述环形支撑装置I由环形板2、设置在环形板2一侧面上的空心圆柱体3组成。
[0056]遮透光装置二 207由环形遮光板二 208、设置在环形遮光板二 207 —侧的与环形遮光板二 208同圆心的正向遮透光薄壁圆桶二 209、设置在环形遮光板二 208另一侧的与环形遮光板二 208同圆心的反向遮透光薄壁圆桶二 210组成，正向遮透光薄壁圆桶二 209圆周表面上开设有正向控制透光孔二 211，反向遮透光薄壁圆桶二 210圆周表面上开设有反向控制透光孔二 212。
[0057]空心厚壁圆柱体4靠近环形遮光板二 208侧的厚壁上开设有环形空间5，环形空间5与空心厚壁圆柱体4同圆心，所述正向遮透光薄壁圆桶二 209、反向遮透光薄壁圆桶二 210插接在所述环形空间5内，环形空间5将空心厚壁圆柱体4靠近环形遮光板二 208侧的厚壁分为上壁6和下壁7，空心厚壁圆柱体4的上壁6圆周上开设有用于均匀排列发光二极管84-95的安装通孔一 8、空心厚壁圆柱体4的下壁7圆周上开设有用于均匀排列光敏二极管132-143的安装通孔二 9，安装通孔一 8与安装通孔二 9上下纵向垂直一一对应。
[0058]正向光控装置二 202、反向光控装置二 203通过切换开关二 204可实现对所驱动电机的正反向移动控制。
[0059]正向遮透光薄壁圆桶二 209上正向控制透光孔二 211与反向遮透光薄壁圆桶二210上反向控制透光孔二 212的位置在空间互差180°，正向控制透光孔二 211位置设置在所驱动电机的转子N、S主磁极几何中心线的对应位置上。
[0060]空心厚壁圆柱体4通过安装螺丝12固定在环形支撑装置I中环形板2上，环形支撑装置I中空心圆柱体3与所驱动电机的定子部分固定在一起。
[0061]光控单元二 200的外壳201、环形遮光板二 208、正向遮透光薄壁圆桶二 209、反向遮透光薄壁圆桶二 210做成一体，光控单元二 200的外壳201与所驱动电机的转子部分固定在一起。
[0062]见图20、图21，发光二极管84-95通过压紧件10固定在安装通孔一 8内；光敏二极管132-143通过压紧件11固定在安装通孔二 9内。
[0063]见图12,绝缘栅双极晶体管驱动单元电路168-170每个单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路两部分组成，NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路由双位光稱合器16中第一路输入起动光稱兀件一 17、开关三极管19、22、23、24组成的脉冲放大电路、开关三极管20、21箝位电路组成，PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路由双位光耦合器16中第二路输入起动光耦元件二 18、开关三极管25、26、28、29组成的脉冲放大电路、开关三极管27箝位电路组成，NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路共同采用一组设有一个公共端O的三端子A、O、B输出电路、NPN型绝缘栅双极晶体管56的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管57的驱动电路公用一组独立电源供电。
[0064]见图13，主电路二 213中主电路单元电路183-185并联在同I组电源上、主电路单元电路183-185每个单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管56和PNP型绝缘栅双极晶体管57构成的互补电路、电阻器52、53、二极管58、59组成，每个主电路单元电路设有三个输入端子与驱动单元电路168-170每个单元的三个输出端子A、O、B——对应相连。
[0065]见图22，光控单元二 200中的发光二极管84_95得电发光后，由于环形遮光板二208、正向遮透光薄壁圆桶二 209作用，只有与正向控制透光孔二 211相对应的光敏二极管141、光敏二极管142、143、光敏二极管132受光导通；起动驱动单元电路169是两组空间位置相差180°的两个为一组的两个相邻光敏二极管142 Il 143、136 Il 137并联电路分别与驱动单元电路169中的第一路输入起动光耦元件一 17、第二路输入起动光耦元件二 18串联后接入直流电源的电路，即采用两组两个相邻光敏二极管142 Il 143,136 Il 137并联电路中的一组光敏二极管142 Il 143并联电路受光导通后起动所对应的驱动单元电路169中第一路输入起动光耦元件一 17，另一组空间位置相差180°的两个相邻光敏二极管136 Il 137并联电路没有受光而截止不能起动所述驱动单元电路169中第二路输入起动光耦元件二18。两个相邻光敏二极管132 Il 133并联电路受光导通后起动所对应的所述驱动单元电路168中第二路输入起动光耦元件二 18 ;两个相邻光敏二极管140 Il 141并联电路受光导通后起动所对应的所述驱动单元电路170中第二路输入起动光耦元件二 18。
[0066]见图23，驱动单元电路与主电路单元电路三种工作状态的工作原理:
[0067]1.第一种工作状态:如图23(a)所示。
[0068]I)双位光I禹合器16中第一路输入起动光f禹兀件一 17得电,使得输出端子⑧、⑦处于导通状态，端子⑧电位U⑧丨，路径:电源+12V — Rl电阻器36 —双位光耦合器16输出端子⑧、⑦一R7电阻器42 —电源-12V。
[0069]双位光耦合器16端子⑧电位U⑧丨一Tl三极管19Ub丨一Tl三极管19Ueb丨一Tl三极管19Uec丨一Tl三极管19集电极C电位Uc丨，控制Tl三极管19导通路径:电源+12V — R3电阻器38 — Tl三极管19EB —双位光耦合器16端子⑧、⑦一R7电阻器42 —电源-12V。
[0070]由于Tl三极管19集电极C电位Uc ?，使得Zl 二极管30、Ζ2 二极管31、Τ2三极管20、Τ3三极管21、Τ4三极管22、Τ5三极管23、Τ6三极管24均处于导通状态，控制Τ4三极管22导通路径:电源+12V — R3电阻器38 — Tl三极管19EC — Zl 二极管30 — Τ4三极管22ΒΕ — R12电阻器47 —电源-12V ;控制Τ5三极管23导通路径:电源+12V — Τ5三极管23ΕΒ — Τ4三极管22CE — R12电阻器47 —电源-12V ;控制Τ6三极管24导通路径:电源+12V — R3电阻器38 — Tl三极管19EC — Ζ2 二极管31 — Τ6三极管24ΒΕ — R15电阻器50 —电源-12V ;控制Τ2三极管20导通路径:电源+12V — R3电阻器38 — Tl三极管19EC — Zl 二极管30 — Τ2三极管20ΒΕ — Rll电阻器46 —电源-12V ;控制Τ3三极管21导通路径:电源+12V — Rffl电位器54 — Τ3三极管21ΕΒ — Τ2三极管20CE — Rll电阻器46 —电源-12V ；
[0071]2)双位光I禹合器16中第二路输入起动光f禹兀件二 18失电,使得输出端子⑥、⑤处于截止状态，端子⑥电位U⑥f，使得T7三极管25基极B电位Ub丨，T7三极管25Ueb处于反向偏置而截止。
[0072]由于T7三极管25截止，T7三极管25集电极C电位Uc I，使得Z3 二极管32、TA二极管33、T8三极管26、T9三极管27、TlO三极管28、Tll三极管29均处于截止状态。
[0073]3)由以上I)、2)可知:由于T3三极管21导通，T3三极管21集电极C电位Uc近似为+12V，使得PNP型绝缘栅双极晶体管57栅极G电位Ug被箝制在+12V，PNP型绝缘栅双极晶体管57EG电位Ueg处于反向偏置，PNP型绝缘栅双极晶体管57关断，控制PNP型绝缘栅双极晶体管57关断路径:电源+12V — Rffl电位器54 — T3三极管21EC — R18电阻器53 // PNP型绝缘栅双极晶体管57EG — R16电阻器51 — T6三极管24CE — R15电阻器50 —电源-12V。
[0074]T9三极管27截止，T9三极管27集电极C对NPN型绝缘栅双极晶体管56栅极G电位Ug的-12V箝位作用解除。
[0075]T5三极管23、T6三极管24导通，T5三极管23集电极C电位Uc丨、T6三极管24集电极C电位Uc丨，使得NPN型绝缘栅双极晶体管56GE电位Uge获得正向偏置处于开通状态，控制NPN型绝缘栅双极晶体管56开通路径:电源+12V — T5三极管23EC — R17电阻器52 Il NPN型绝缘栅双极晶体管56GE — R16电阻器51 — T6三极管24CE — R15电阻器50 —电源-12V。
[0076]由于NPN型绝缘栅双极晶体管56开通:主电路电源+E — NPN型绝缘栅双极晶体管56CE —负载点F。
[0077]第一种工作状态为:NPN型绝缘栅双极晶体管56开通、PNP型绝缘栅双极晶体管57关断。
[0078]2.第二种工作状态:如图23(b)所示。
[0079]双位光I禹合器16中第一路输入起动光I禹兀件一 17、第二路输入起动光稱兀件二18均处于失电状态。
[0080]I)双位光I禹合器16中第一路输入起动光I禹兀件一 17失电,使得输出端子⑧、⑦处于截止状态，端子⑧电位U⑧丨，Tl三极管19基极B电位Ub丨，Tl三极管19Ueb处于反向偏置而截止，Tl三极管19集电极C电位Uc丨，Zl 二极管30、Z2 二极管31、T2三极管20、T3三极管21、T4三极管22、T5三极管23、T6三极管24均处于截止状态。
[0081]2)双位光I禹合器16中第二路输入起动光f禹兀件二 18失电,使得输出端子⑥、⑤处于截止状态，端子⑥电位U⑥丨，T7三极管25基极B电位Ub丨，Τ7三极管25Ueb处于反向偏置而截止，T7三极管25集电极C电位Uc丨，Z3 二极管32、TA 二极管33、T8三极管26、T9三极管27、TlO三极管28、Tll三极管29均处于截止状态。
[0082]3)由以上I)、2)可知:PNP型绝缘栅双极晶体管57射栅极Ueg、NPN型绝缘栅双极晶体管56栅射极Uge均处于反向偏置而关断，控制PNP型绝缘栅双极晶体管57、NPN型绝缘栅双极晶体管56关断路径:电源+12V — R5电阻器40 — Z5 二极管34 — R18电阻器53 // PNP型绝缘栅双极晶体管57射栅极一R17电阻器52 // NPN型绝缘栅双极晶体管56栅射极一Z6 二极管35 — R13电阻器48 —电源-12V。
[0083]第二种工作状态为:NPN型绝缘栅双极晶体管56关断、PNP型绝缘栅双极晶体管57关断。
[0084]3.第三种工作状态:如图23(c)所示。
[0085]I)双位光I禹合器16中第一路输入起动光I禹兀件一 17失电,使得输出端子⑧、⑦处于截止状态，端子⑧电位U⑧丨，Tl三极管19基极B电位Ub丨，Tl三极管19Ueb处于反向偏置而截止，
[0086]由于Tl三极管19集电极C电位Uc丨，Zl 二极管30、Z2 二极管31、T2三极管20、Τ3三极管21、Τ4三极管22、Τ5三极管23、Τ6三极管24均处于截止状态。
[0087]2)双位光耦合器16中第二路输入起动光耦元件二 18得电，使得输出端子⑥、⑤处于导通状态，端子⑥电位U⑥丨，路径:电源+12V — R2电阻器37 —双位光耦合器16端子⑥、⑤一R8电阻器43 —电源-12V。
[0088]双位光耦合器16端子⑥电位U⑥丨一Τ7三极管25Ub丨一T7三极管25Ueb丨一T7三极管25Uec丨一T7三极管25集电极C电位Uc丨，控制T7三极管25导通路径:电源+12V — R4电阻器39 — T7三极管25EB —双位光耦合器16端子⑥、⑤一R8电阻器43 —电源-12V。
[0089]由于T7三极管25导通，T7三极管25集电极C电位Uc ?，使得Ζ3 二极管32、TA二极管33、Τ8三极管26、Τ9三极管27、Τ10三极管28、Τ11三极管29均处于导通状态，控制T8三极管26导通路径:电源+12V — R4电阻器39 — Τ7三极管25EC — Ζ4 二极管33 — Τ8三极管26ΒΕ —电源-12V ;控制TlO三极管28导通路径:电源+12V — R4电阻器39 — Τ7三极管25EC — Ζ3 二极管32 — TlO三极管28ΒΕ — R14电阻器49 —电源-12V ;控制Tll三极管29导通路径:电源+12V — R6电阻器41 — Tll三极管29ΕΒ — TlO三极管28CE — R14电阻器49 —电源-12V ；,控制T9三极管27导通路径:电源+12V — R4电阻器39 — Τ7三极管25EC — Ζ3 二极管32 — T9三极管27ΒΕ — RW2电位器55 —电源-12V。
[0090]3)由以上I)、2)可知:Τ3三极管21截止，Τ3三极管21集电极C对PNP型绝缘栅双极晶体管57栅极G电位Ug的+12V箝位作用解除。
[0091]由于T9三极管27导通，T9三极管27集电极C电位Uc近似为-12V，使得NPN型绝缘栅双极晶体管56栅极G电位Ug被钳制在_12V，NPN型绝缘栅双极晶体管56GE电位Uge处于反向偏置，NPN型绝缘栅双极晶体管56关断，控制NPN型绝缘栅双极晶体管56关断路径:电源+12V —R6电阻器41 —Tl I三极管29EC — R16电阻器51 —R17电阻器52 //NPN型绝缘栅双极晶体管56GE — T9三极管27CE — RW2电位器55 —电源-12V。
[0092]Tll三极管29、T8三极管26导通，Tll三极管29集电极C电位Uc丨、T8三极管26集电极C电位Uc丨，使得PNP型绝缘栅双极晶体管57EG电位Ueg获得正向偏置处于开通状态，控制PNP型绝缘栅双极晶体管57开通路径:电源+12V — R6电阻器41 — Tll三极管29EC — R16电阻器51 — R18电阻器53 // PNP型绝缘栅双极晶体管57EG — T8三极管 26CE —电源-12V。
[0093]由于PNP型绝缘栅双极晶体管57开通:负载点F — PNP型绝缘栅双极晶体管57EC主电路电源-E。
[0094]第三种工作状态为:NPN型绝缘栅双极晶体管56关断、PNP型绝缘栅双极晶体管57开通。
【权利要求】
1.光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，包括光控单元、驱动单元电路、主电路； 光控单元包括正向光控装置、反向光控装置、发受光装置、遮透光装置； 正向光控装置与反向光控装置以遮透光装置的环形遮光板为对称轴相互对称，正向光控装置与反向光控装置均包括发受光装置、遮透光装置，发受光装置由环形支撑装置、固定在环形支撑装置上的空心厚壁圆柱体、设置在空心厚壁圆柱体上的发光二极管和光敏二极管组成，环形支撑装置由环形板、固定在环形板一侧面上的空心圆柱体组成；遮透光装置由环形遮光板、光控单元外壳、设置在环形遮光板一侧的与环形遮光板同圆心的正向遮透光薄壁圆桶、设置在环形遮光板另一侧的与环形遮光板同圆心的反向遮透光薄壁圆桶组成，光控单元外壳内固定连接环形遮光板，正向遮透光薄壁圆桶圆周表面上开设有正向控制透光孔，反向遮透光薄壁圆桶圆周表面上开设有反向控制透光孔；空心厚壁圆柱体靠近环形遮光板侧的厚壁上开设有环形空间，所述环形空间与空心厚壁圆柱体同圆心，所述正向遮透光薄壁圆桶、反向遮透光薄壁圆桶插接在环形空间内，环形空间将空心厚壁圆柱体靠近环形遮光板侧的厚壁分为上壁和下壁，所述上壁圆周上开设有均匀排列的发光二极管的安装通孔，所述下壁圆周上开设有均匀排列的光敏二极管的安装通孔，发光二极管的安装通孔、光敏二极管的安装通孔上下纵向垂直一一对应。
2.根据权利要求1所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，所述驱动单元电路由NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路两部分组成，NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路由双位光耦合器中第一路输入起动光耦元件一、晶体管脉冲放大电路、晶体管箝位电路组成；PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路由双位光耦合器中第二路输入起动光耦元件二、晶体管脉冲放大电路、晶体管箝位电路组成；NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路共同采用一组设有一个公共端的三端子输出电路；NPN型绝缘栅双极晶体管的驱动电路、PNP型绝缘栅双极晶体管的驱动电路共用一组独立电源供电。
3.根据权利要求1或2所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，所述的主电路由并联在一组电源上的若干个主电路单元电路组成，所述主电路单元电路包括每对NPN、PNP型绝缘栅双极晶体管构成的互补电路、绝缘栅双极晶体管栅-射极电阻电路，主电路单元电路有三种工作状态:NPN型绝缘栅双极晶体管开通、PNP型绝缘栅双极晶体管关断；NPN型绝缘栅双极晶体管关断、PNP型绝缘栅双极晶体管关断；NPN型绝缘栅双极晶体管关断、PNP型绝缘栅双极晶体管开通；主电路单元电路设有三个输入端子与驱动单元电路的三个输出端子 对应相连。
4.根据权利要求1所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，所述的正向光控装置、反向光控装置通过切换开关实现对电机的正反向移动控制。
5.根据权利要求1所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，所述的发光二极管通过压紧件固定在发光二极管安装通孔内；所述光敏二极管通过压紧件固定在光敏二极管安装通孔内；所述空心厚壁圆柱体通过安装螺丝固定在环形支撑装置中环形板上，环形支撑装置中空心圆柱体与电机的定子部分固定在一起。
6.根据权利要求1所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器，其特征在于，所述的光控单兀外壳、环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶、反向遮透光薄壁圆桶为一体式结构，所述的正向遮透光薄壁圆桶上正向控制透光孔、反向遮透光薄壁圆桶上反向控制透光孔互差180°，正向控制透光孔设置在电机的转子N、S主磁极几何中心线的对应位置上；光控单元外壳与电机的转子部分固定在一起。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器的使用方法，其特征在于，正向光控装置或反向光控装置的发光二极管得电发光后，由于环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶或反向遮透光薄壁圆桶的作用，只有与正向控制透光孔或反向控制透光孔相对应的1-2个光敏二极管才受光导通；起动驱动单元电路的是一个光敏二极管、一个驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一、另一个驱动单元电路中的第二路输入起动光耦元件二串联后接入直流电源的电路，即采用一个独立的光敏二极管受光导通后，再起动光敏二极管所对应的驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一时，同时起动与该光敏二极管空间位置相差180°的另一个光敏二极管所对应的驱动单元电路中的所述第二路输入起动光耦元件二。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的光控驱动的绝缘栅双极晶体管换向器的使用方法，其特征在于，正向光控装置或反向光控装置的发光二极管得电发光后，由于环形遮光板、正向遮透光薄壁圆桶或反向遮透光薄壁圆桶的作用，只有与正向控制透光孔或反向控制透光孔相对应的3-4个光敏二极管才受光导通；起动所述驱动单元电路是两组空间位置相差180°的两个为一组的两个相邻光敏二极管并联电路分别与所述驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一、第二路输入起动光耦元件二串联后接入直流电源的电路，即采用两组两个相邻光敏二极管并联电路中的一组光敏二极管受光导通后起动所对应的所述驱动单元电路中的第一路输入起动光耦元件一，另一组空间位置相差180°的两个相邻光敏二极管并联电路没有受光而截止不能起动所述驱动单元电路中的第二路输入起动光耦元件二。
【文档编号】H02K13/14GK104201829SQ201410405990
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】常效鹏, 常钟元 申请人:常效鹏