基于IGBT管的电机功率驱动器的制作方法

本发明涉及直流电机功率驱动器技术领域，具体地，涉及一种基于igbt管的电机功率驱动器，尤其涉及实现大功率直流电机类感性负载的软启动/关断功能的、基于igbt管的电机功率驱动器。

背景技术：

大功率直流电机目前广泛应用在各个工业场合中，由于直流电机属于感性负载，传统大功率电机功率驱动器在电机的运行过程中，尤其在直流启动、转向和关闭的瞬间，过大的电枢电流产生过大的电动应力，尤其直流电机在启动瞬间相当于短路状态，将会产生较大的电流尖峰，可能会出现危险的火花烧坏整流子，损坏绕组。

现有技术，如专利文献cn103219928a公开的一种直流电机软启动器及其软启动方法，它包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、igbt驱动模块及igbt模块：所述电流检测单元包括电流传感器及a/d转换模块：主电路电流信号经所述电流传感器处理及a/d转换模块转换后送入单片机：所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与igbt驱动模块的输入端口：所述igbt驱动模块的输出端口经igbt模块接电动机电中区cm)输入端口：igbt驱动模块用于驱动igbt模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。

与专利文献cn103219928a公开的现有技术相比，本发明所具有的优势包括：1.无需电流检测单元，其过流过载检测功能是通过智能高侧大电流电源开关管bts555芯片内置的电流传感器采集电流，可以根据实际的负载电流特性设置四档拨码开关进行过流阈值设置，通过内部管脚is和外围电路运算放大输出至单片机实现电流过载切断功率输出，最多能设置16档的过流保护值；2.采用智能高侧大电流电源开关管bts555芯片，其芯片内部集成了n沟道垂直功率fet及充电泵，具有低内阻电流翻转工作状态和快速负载感应捕捉的优点，使本发明在正向/反向的高速/低速四种工作模式切换过程中能够快速响应，降低电机类感性负载在启动和切换过程中电流冲击，同时存在一定的抗电磁干扰能力。

本发明设计了一种具有软启动/关断功能的电子开关模块，可以实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于igbt管的电机功率驱动器。

根据本发明提供的一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体、cpu电路板以及驱动输出板，所述cpu电路板和所述驱动输出板之间通过板级连接；所述cpu电路板和所述驱动输出板均设置在壳体内；

所述cpu电路板能够采集外部输入的控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述驱动输出板能够进行过流保护。

优选地，所述cpu电路板包括输入控制信号接口；

所述cpu电路板能够通过输入控制信号接口采集外部输入的控制信号并进行解析；

所述外部输入的控制信号包括电源信号和ttl逻辑电平信号；所述输入ttl逻辑电平信号为4种独立输入模式信号，分别表示100％占空比的正高速信号、100％占空比的反高速信号、50％占空比的正低速信号以及50％占空比反低速信号采集。

优选地，所述cpu电路板包括输出驱动接口；

所述cpu电路板能够通过输出驱动接口输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述cpu电路板还能够通过输出驱动接口输出电机外部输入主电、电机侧反控制电压以及电机侧正控制电压。

优选地，所述驱动输出板包括启动关断电路模块；

所述启动关断电路模块能够实现电机负载的软启动功能和/或关断功能，包括三极管；

所述三极管采用脉冲控制技术，在软启动或关断时，cpu输出脉冲占空比按照从小到大或从大到小的规律变化控制该三极管的基极控制端，三极管射级驱动电子开关直到完全开通或者完全关断。

所述三极管包括金属散热面；所述输入控制信号接口与三极管的金属散热面直接相连。

优选地，所述驱动输出板包括过流保护电路模块；

所述过流保护电路模块是根据外部的实际负载情况，通过拨码开关改变信号的放大倍数，cpu采集拨码开关状态确定电流过载值，同时对电子开关内部的电流信号进行调理，从而实现不同的过流保护值设定。

优选地，所述过流保护电路模块：一旦出现驱动负载电流过载，过载信号上传到控制芯片，控制芯片停止输出功率驱动。

优选地，所述驱动输出板包括两级功率输出驱动电路；

所述两级功率输出驱动电路包括至少两个igbt；所述至少两个igbt通过半桥栅极驱动。

优选地，所述两级功率输出驱动电路还包括肖特基势垒整流器；所述肖特基势垒整流器设置在两级功率输出驱动电路的输出侧，能够对输出电流进行整流。

优选地，基于igbt管的电机功率驱动器具有具有高速正转、高速反转、低速正转以及低速反转四个控制模式和过流保护切断功能，能够实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

根据本发明提供的一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体、cpu电路板以及驱动输出板，所述cpu电路板和所述驱动输出板之间通过板级连接；所述cpu电路板和所述驱动输出板均设置在壳体内；

所述cpu电路板能够采集外部输入的控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述驱动输出板能够进行过流保护；

所述cpu电路板包括输入控制信号接口；

所述cpu电路板能够通过输入控制信号接口采集外部输入的控制信号并进行解析；

所述外部输入的控制信号包括电源信号和ttl逻辑电平信号；所述输入ttl逻辑电平信号为4种独立输入模式信号，分别表示100％占空比的正高速信号、100％占空比的反高速信号、50％占空比的正低速信号以及50％占空比反低速信号采集；

所述cpu电路板包括输出驱动接口；

所述cpu电路板能够通过输出驱动接口输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述cpu电路板还能够通过输出驱动接口输出电机外部输入主电、电机侧反控制电压以及电机侧正控制电压；

所述驱动输出板包括启动关断电路模块；

所述启动关断电路模块能够实现电机负载的软启动功能和/或关断功能，包括三极管；

所述三极管采用脉冲控制技术，在软启动或关断时，cpu输出脉冲占空比按照从小到大或从大到小的规律变化控制该三极管的基极控制端，三极管射级驱动电子开关直到完全开通或者完全关断。

所述三极管包括金属散热面；所述输入控制信号接口与三极管的金属散热面直接相连；

所述驱动输出板包括过流保护电路模块；

所述过流保护电路模块是根据外部的实际负载情况，通过拨码开关改变信号的放大倍数，cpu采集拨码开关状态确定电流过载值，同时对电子开关内部的电流信号进行调理，从而实现不同的过流保护值设定；

所述过流保护电路模块：一旦出现驱动负载电流过载，过载信号上传到控制芯片，控制芯片停止输出功率驱动；

所述驱动输出板包括两级功率输出驱动电路；

所述两级功率输出驱动电路包括至少两个igbt；所述至少两个igbt通过半桥栅极驱动；

所述两级功率输出驱动电路还包括肖特基势垒整流器；所述肖特基势垒整流器设置在两级功率输出驱动电路的输出侧，能够对输出电流进行整流；

基于igbt管的电机功率驱动器具有具有高速正转、高速反转、低速正转以及低速反转四个控制模式和过流保护切断功能，能够实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明具有软启动/关断功能，可以实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的结构爆炸图。

图2为本发明实施例的原理框架图。

图中示出：

壳体1

cpu电路板2

驱动输出板3

电源开关管bts5554

输入控制信号接口5

输入主电6

输出驱动接口7

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体1、cpu电路板2以及驱动输出板3，所述cpu电路板2和所述驱动输出板3之间通过板级连接；所述cpu电路板2和所述驱动输出板3均设置在壳体1内；

所述cpu电路板2能够采集外部输入的控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述驱动输出板3能够进行过流保护；

所述cpu电路板2包括输入控制信号接口5；

所述cpu电路板2能够通过输入控制信号接口5采集外部输入的控制信号并进行解析；

所述外部输入的控制信号包括电源信号和ttl逻辑电平信号；所述输入ttl逻辑电平信号为4种独立输入模式信号，分别表示100％占空比的正高速信号、100％占空比的反高速信号、50％占空比的正低速信号以及50％占空比反低速信号采集；

所述cpu电路板2包括输出驱动接口7；

所述cpu电路板2能够通过输出驱动接口7输出相应的方向控制信号和相应占空比的脉冲信号，从而控制电机的速度；

所述cpu电路板2还能够通过输出驱动接口7输出电机外部输入主电、电机侧反控制电压以及电机侧正控制电压；

所述驱动输出板3包括启动关断电路模块；

所述启动关断电路模块能够实现电机负载的软启动功能和/或关断功能，包括三极管；

所述三极管采用脉冲控制技术，在软启动或关断时，cpu输出脉冲占空比按照从小到大或从大到小的规律变化控制该三极管的基极控制端，三极管射级驱动电子开关直到完全开通或者完全关断。

所述三极管包括金属散热面；所述输入控制信号接口5与三极管的金属散热面直接相连；

所述驱动输出板3包括过流保护电路模块；

所述过流保护电路模块是根据外部的实际负载情况，通过拨码开关改变信号的放大倍数，cpu采集拨码开关状态确定电流过载值，同时对电子开关内部的电流信号进行调理，从而实现不同的过流保护值设定；

所述过流保护电路模块：一旦出现驱动负载电流过载，过载信号上传到控制芯片，控制芯片停止输出功率驱动；

所述驱动输出板3包括两级功率输出驱动电路；

所述两级功率输出驱动电路包括至少两个igbt；所述至少两个igbt通过半桥栅极驱动；

所述两级功率输出驱动电路还包括肖特基势垒整流器；所述肖特基势垒整流器设置在两级功率输出驱动电路的输出侧，能够对输出电流进行整流；

基于igbt管的电机功率驱动器具有具有高速正转、高速反转、低速正转以及低速反转四个控制模式和过流保护切断功能，能够实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

进一步地，本发明优选例公开了一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体1、cpu电路板2和驱动输出板3，cpu电路板2和驱动输出板3之间通过板级连接。其中cpu电路板2采集外部输入控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号以及不同占空比的脉冲信号控制电机的速度，外部控制信号分为高速正转/反转、低速正转/反转共四种模式。驱动输出板3包括软启动/关断电路模块、过流保护电路模块、两级功率输出驱动电路模块，其中软启动/关断电路模块以智能高侧大电流电源开关管bts555为核心器件，由npn三极管进行输入开关控制，过流保护电路模块设置过流保护及上传功能，通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对bts555内部的电流进行信号调理，实现不同的过流保护值设定，过流保护信号上传到控制芯片，实现实时监控设备输出功率电流，两级功率输出驱动电路模块以半桥栅极驱动fan73833和irfp2907n沟道igbt管为核心器件，其中igbt管最大驱动电流达到209a，同时采用肖特基势垒整流器mbr40100对输出电流进行整流。本发明能通过外部控制信号的输入实现大功率直流电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

具体地，本发明优选例的一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体1、cpu电路板2和驱动输出板3，cpu电路板和驱动输出板之间通过板级连接，具有高速正转/反转、低速正转/反转四个控制模式和过流保护切断功能，实现大功率直流电机类感性负载的软启动/关断功能。所述cpu电路板2采集外部输入控制信号并进行解析，输出相应的方向控制信号以及不同占空比的脉冲信号控制电机的速度，其外部接口由输入控制信号接口和输出驱动接口两部分独立组成，其中输入控制信号5由5v电源供电和四种高速正转/反转，低速正转/反转ttl逻辑电平信号组成，输出驱动信号由外部24v输入主电6，电机侧正/反控制电压7组成。所述驱动输出板3包括软启动/关断电路模块、过流保护电路模块、两级功率输出驱动电路模块。所述软启动/关断电路采用智能高侧大电流电源开关管bts5554，由npn三极管进行输入开关控制，其中主电24v的输入端5直接和bts555的金属散热面相连，确保驱动器具有较大的电流容量和散热面积。所述过流保护电路通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对bts555内部的电流进行信号调理，实现不同的过流保护值设定，同时具备过流保护信号上传到控制芯片功能，实现实时监控设备输出功率电流和智能切断功率输出。所述两级功率输出驱动电路由半桥栅极驱动fan73833和irfp2907n沟道igbt管组成，同时采用肖特基势垒整流器mbr40100对输出电流进行整流。

为解决上述现有技术中的缺陷，本发明优选例提供了一种基于igbt管的电机功率驱动器,可以实现电机类感性负载的软启动/关断功能，有利于抑制直流电机的启动电流，减少直流输出电压的波动，提高功率器件和直流电机的安全使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体、cpu电路板和驱动输出板，具有高速正转/反转、低速正转/反转四个控制模式和过流保护切断功能。所述cpu电路板采集外部控制信号并解析输出功率驱动信号，所述驱动输出板包括软启动/关断电路模块、过流保护电路模块、两级功率输出驱动电路模块，其中软启动/关断电路以智能高侧大电流电源开关管bts555为核心器件，实现直流电机的软启动和软关断，过流保护电路设置过流保护及上传功能，实现实时监控设备输出功率电流和智能切断，两级功率输出驱动电路以半桥栅极驱动和n沟道igbt管为核心器件，同时肖特基势垒整流器进行输出信号整流。

优选地，所述cpu电路板外部接口由输入控制接口和输出驱动接口两部分独立组成，输入控制信号由5v电源供电和四种高速正转/反转，低速正转/反转ttl逻辑电平信号组成，输出驱动信号由外部24v输入主电，电机侧正/反控制电压组成。

优选地，所述软启动/关断电路采用智能高侧大电流电源开关管bts555，由npn三极管进行输入开关控制，其中主电24v的输入端直接和bts555的金属散热面相连，确保驱动器具有较大的电流容量和散热面积。

优选地，所述过流保护电路通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对bts555内部的电流进行信号调理，实现不同的过流保护值设定，同时具备过流保护信号上传到控制芯片功能，实现实时监控设备输出功率电流和智能切断功率输出。

优选地，所述两级功率输出驱动电路由半桥栅极驱动fan73833和irfp2907n沟道igbt管组成，同时采用肖特基势垒整流器mbr40100对输出电流进行整流。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于igbt管的电机功率驱动器，包括壳体1、cpu电路板2和驱动输出板3，具有高速正转/反转、低速正转/反转四个控制模式和过流保护切断功能，实现大功率直流电机类感性负载的软启动/关断功能。

所述cpu电路板2是以单片机采集外部控制信号并进行信号解析，输出相应驱动信号对大直流功率电机进行功率软启动、运行和软关闭，其中外部接口分为输入控制接口5和输出驱动接口7，输入控制接口5v电压供电，同时输入控制信号有高速正转/反转，低速正转/反转共四种模式，输出驱动接口由三个立柱管脚，分别代表信号为主输入24v(6)和直流电机正/负控制管脚7。控制原理为单片机采集输入控制接口的逻辑控制电平进行解析，输出相应的方向控制信号以及不同占空比的脉冲信号控制电机的速度，同时单片机根据设置的四档过流设置阈值实时采集过流保护电路的过流信号，一旦超过设定的阈值则软件关断驱动输出，实现电机的软关闭。

所述驱动输出板中的软启动/关断电路模块采用bts555智能高侧大电流电源开关管，由npn三极管进行输入开关控制，其中主电24v的输入端直接和bts555的金属散热面相连，确保驱动器具有较大的电流容量和散热面积，软开启时间为1.2秒和软关断时间为0.3秒。

所述驱动输出板中的过流保护电路模块防止直流电机堵转或卡滞时产生持续大电流导致电机烧坏，考虑到直流电机实际负载情况的不同和电子开关模块的通用性，采用拨码开关实现不同的负载电流保护值。通过四档拨码开关改变信号的放大倍数，对bts555内部的电流进行信号调理，经过运算线性放大，过流保护信号上传到控制芯片，利用软件程序判断是否过流，实现实时监控设备输出功率电流和智能切断功率输出。

所述驱动输出板中的两级功率输出驱动电路模块由半桥栅极驱动fan73833和irfp2907n沟道igbt管组成，同时采用肖特基势垒整流器mbr40100对输出电流进行整流。电机正转和反转各自独立组成驱动电路，同时两个半桥栅极驱动输入端进行互斥保护输入控制，可以防止直流电机两个功率驱动出现同时为正或反的驱动电压出现，防止直流电机烧坏。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。