电梯变频器制动管保护电路的制作方法

1.本实用新型属于变频器技术领域，具体涉及一种电梯变频器制动管保护电路。


背景技术：

2.在常用的电梯控制系统中，当电机被对重反向拖动，电机能量回流导致变频器母线电压过高时，常常采用制动电阻进行能量消耗，以限制母线电压的升高。制动电阻常设于制动电路中，制动电路通常由制动电阻、制动管(igbt)以及相应的驱动和检测电路组成，制动电路除制动电阻外，其它部件通常设在变频器驱动板上。
3.在使用时，变频器的制动管检测电路通常通过检测制动管的(正输出电压)v
ce
大小来反映制动管的开断状态，当主控给予开通信号且v
ce
很小时，判断制动管为正常开通状态；当主控给予关断信号且v
ce
很大时，判断制动管为正常关断状态；当主控给予关断信号而v
ce
却很小时，判断制动管出现了短路故障，此时，主控会执行相应保护措施，以制止制动管的持续短路。
4.电梯变频器制动管状态检测电路可以通过检测制动管的v
ce
，判断制动管是否发生短路,但是当制动电阻发生短路时，由于过大的ic(电容器电流或电流容性电流)，制动管会很快发生烧毁，甚至出现炸毁，制动管状态检测信号通常需经过光耦再送往主控板，主控板需对信号进行分析处理才能作出相应的保护措施，时效性差，往往不能在制动管能承受的最长故障时间内作出相应保护，导致制动管状态检测电路无法有效检测和判断。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电梯变频器制动管保护电路，能够在检测到制动电阻短路出现退饱和现象时，发出故障信号立即将制动管的驱动使能信号关断，以此方式快速关断制动管以达到保护目的。
6.实现上述目的包括如下技术方案。
7.本实用新型提供了一种电梯变频器制动管保护电路，包括驱动电路、泄放电路及退饱和检测电路，所述驱动电路连接有信号输入端；
8.其中，所述泄放电路包括制动管和泄放电阻，所述制动管的集电极通过泄放电阻连接电源输入端，所述制动管的栅极连接所述驱动电路的输出端，所述制动管的发射极连接电源接地端；
9.其中，所述退饱和检测电路包括第一二极管、第二二极管，所述第一二极管和第二二极管的阳极连接所述电源输入端，所述第一二极管的阴极连接所述驱动电路的输出端，所述第二二极管的阴极连接所述制动管的集电极；
10.所述退饱和检测电路还包括比较器，所述比较器的正极输入端和负极输入端均连接所述电源输入端，所述比较器的输出端连接所述驱动电路的输入端。
11.在其中一些实施例中，所述退饱和检测电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一二极管和第二二极管的阳极均通过所述第一电阻连接所述电源输入端，所述第二电阻一
端通过第一电阻连接所述电源输入端，另一端连接所述电源接地端。
12.在其中一些实施例中，所述退饱和检测电路还包括第三电阻和第四电阻，所述比较器的正极输入端通过所述第一电阻连接所述电源输入端，所述比较器的负极输入端通过所述第三电阻连接所述电源输入端，所述第四电阻一端通过所述第三电阻连接所述电源输入端，另一端连接所述电源接地端。
13.在其中一些实施例中，所述退饱和检测电路还包括第一电容，所述第一电容的正极连接所述比较器的正极输入端，所述第一电容的负极连接所述制动管的发射极。
14.在其中一些实施例中，所述比较器的正极输入端上连接有第一正电源输入端，所述比较器的负极输入端连接有第一负电源输入端。
15.在其中一些实施例中，所述退饱和检测电路还包括上拉电阻，所述上拉电阻一端连接有第二正电源输入端，另一端连接所述比较器的输出端。
16.在其中一些实施例中，所述制动管的发射极连接直流电源负极，所述制动管的集电极通过所述泄放电阻连接直流电源正极。
17.在其中一些实施例中，所述驱动电路包括芯片、稳压管及三极管，所述稳压管的阳极与所述比较器的输出端连接，所述稳压管的阴极与所述三极管的基极连接，所述三极管的发射极连接有信号输入端，所述三极管的集电极连接所述芯片的输入端，所述芯片的输出端连接所述制动管的栅极及所述第一二极管的阴极。
18.在其中一些实施例中，所述驱动电路还包括栅极电阻，所述芯片的输出端通过所述栅极电阻连接所述制动管及所述第一二极管的阴极。
19.在其中一些实施例中，所述驱动电路还包括限流电阻，所述稳压管通过限流电阻与所述比较器的输出端连接。
20.本实用新型所提供的电梯变频器制动管保护电路，通过在泄放电路设置制动管和泄放电阻，在退饱和检测电路包括第一二极管、第二二极管及比较器，第一二极管和第二二极管的阳极均连接电源输入端，第一二极管的阴极连接驱动电路的输出端，第二二极管的阴极连接制动管的集电极，驱动电路的输出端与所述制动管的栅极连接；
21.在正常使用时，当制动管能够正常开闭的情况下，不论驱动电路的输出端输出的是高电平或低电平，均可以实现第一二极管或第二二极管任一开通，当驱动电路的输出端输出的是高电平时，第一二极管截止，制动管和第二二极管开通，当驱动电路的输出端输出的是低电平时，第一二极管开通，制动管和第二二极管截止，上述两种状态下比较器均输出低电平到驱动电路的输入端，驱动电路的使能信号始终有效，驱动电路正常工作；
22.当泄放电阻发生短路，且制动管处于开通状态时，制动管由于ic的剧增，vce会迅速飙升，进入退饱和状态，导致第二二极管截止，进而第一二极管和第二二极管同时截止，比较器此时输出高电平fault信号到驱动电路的输入端，驱动电路的信号输入端截止，使能信号关断，进而使得制动管关断，无需经过cpu(中央处理器)和软件的判断即可关断并保护制动管；实现了当泄放电阻发生短路时，无需经过cpu即可实现制动管的自动关闭，时效性高；并且电路结构简单，实现难度低。
附图说明
23.图1是本实用新型的电路示意图。
24.附图标记说明：
25.10、驱动电路；20、泄放电路；30、退饱和检测电路；v1、制动管；q1、三极管；d1、第一二极管；d2、第二二极管；d3、稳压管；u1、芯片；u2、比较器；r1、第五电阻；r2、限流电阻；r3、第六电阻；r4、第七电阻；r5、泄放电阻；r6、第一电阻；r7、第三电阻；r8、第四电阻；r9、上拉电阻；r10、第二电阻；rg、栅极电阻；c1、第二电容；c2、第三电容；c3、第一电容；c4、第四电容；gb、驱动输出端；dc+、直流电源负极；dc-、直流电源负极；en、使能信号；nvcc、电源输入端；nvee、电源输出端；ngnd、电源接地端；b、基极；e、发射极；c、集电极；g、栅极。
具体实施方式
26.为了便于理解本实用新型，下面将参照说明书附图对本实用新型的具体实施例进行更详细的描述。
27.除非特别说明或另有定义，本文所使用的“第一、第二
…”
仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。
28.除非特别说明或另有定义，本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.需要说明的是，本文中“固定于”、“连接于”，可以是直接固定或连接于一个元件，也可以是间接固定或连接于一个元件。
30.如图1所示，电梯变频器制动管保护电路包括驱动电路10、泄放电路20以及退饱和检测电路30，所述驱动电路10包括稳压管d3、三极管q1及芯片u1，所述三极管q1的基极连接所述稳压管d3的阴极，所述稳压管d3的阳极通过限流电阻r2连接所述退饱和检测电路30的输出端，所述三极管q1的发射极连接有信号输入端，所述信号输入端用以往驱动电路10内输入使能信号en(变频器允许运作的信号)，所述三极管q1的发射极连接所述芯片u1的输入端，所述芯片u1的输出端通过栅极电阻rg连接所述泄放电路20的输入端，及所述退饱和检测电路30的输入端。
31.在所述驱动电路10上还设有第五电阻r1、第六电阻r3、第七电阻r4、第二电容c1、第三电容c2、第四电容c4、brke信号输入端及驱动输出端gb。
32.所述第五电阻r1和第二电容c1并联，所述第五电阻r1和第二电容c1的一端均连接所述信号输入端，另一端均与所述三极管q1的基极连接，所述第五电阻r1为分流电阻，用以对三极管q1的驱动电流进行分流，确保三极管q1的正常使用，所述第二电容c1为滤波电容，用以防止三极管q1和/或稳压管d3的误触发。
33.所述brke信号输入端连接芯片u1的3脚，所述第三电容c2一端与所述三极管q1的集电极c连接，另一端与所述brke信号输入端连接，进而实现与芯片u1的3脚连接，所述第六电阻r3为分流电阻，并与所述第三电容c2并联(即一端连接三极管q1的集电极c，另一端连接brke信号输入端，进而与芯片u1的3脚连接)，用以对芯片u1的驱动电流进行分流，确保芯片u1的正常使用，所述第三电容c2为滤波电容，用以防止brke信号输入端的信号输入误触发。
34.所述泄放电路20包括制动管v1和泄放电阻r5，所述制动管v1的栅极g通过所述栅极电阻rg与所述芯片u1的输出端连接，所述制动管v1的集电极c通过所述泄放电阻r5与直流电源正极dc+连接，所述制动管v1的发射极e连接有直流电源负极dc-连接，并连接有电源
接地端ngnd。
35.所述第四电容c4一端连接所述栅极电阻rg，一端连接所述直流电源负极dc-，用以优化所述制动管v1的驱动波形。
36.所述第七电阻r4与所述第四电容c4并联，所述第七电阻r4一端连接制动管v1的栅极g，另一端连接制动管v1的发射极e，用以在制动管v1关闭时对制动管v1的栅极g和发射极e上的能量进行泄放。
37.所述退饱和检测电路30包括第一二极管d1和第二二极管d2，所述第一二极管d1和第二二极管d2的阳极均连接有电源输入端nvcc，所述第一二极管d1的阴极通过所述栅极电阻rg与所述芯片u1的输出端连接，所述第二二极管d2的阴极与所述制动管v1的集电极c连接。
38.所述退饱和检测电路30还包括第一电阻r6和第二电阻r10，所述第一电阻r6和第二电阻r10串联，所述述第一二极管d1和第二二极管d2的阳极均通过所述第一电阻r6连接所述电源输入端nvcc，所述第二电阻r10的一端通过所述第一电阻r6连接所述电源输入端nvcc，另一端连接电源接地端ngnd。
39.所述退饱和检测电路30还包括比较器u2，所述比较器u2的正极输入端和负极输入端均与所述电源输入端nvcc连接，所述比较器u2的输出端通过所述限流电阻r2与所述稳压管d3的阳极连接。
40.所述退饱和检测电路30还包括第三电阻r7和第四电阻r8，所述第三电阻r7和第四电阻r8串联，且所述第三电阻r7和第四电阻r8与所述第一电阻r6和第二电阻r10并联。
41.所述比较器u2的正极输入端通过所述第一电阻r6连接所述电源输入端nvcc，所述比较器u2的负极输入端通过所述第三电阻r7连接所述电源输入端nvcc，所述第四电阻r8一端通过所述第三电阻r7连接所述电源输入端nvcc，另一端连接电源接地端ngnd。
42.所述比较器u2的正极输入端上连接有第一正电源输入端，所述比较器的负极输入端连接有第一负电源输入端，所述第一正电源输入端和第一负电源输入端为比较器u2提供正负15v的工作电压。
43.在所述比较器u2的输出端连接有上拉电阻，所述上拉电阻r9的另一端连接有第二正电源输入端，所述第二正电源输入端为上拉电阻r9提供5v的工作电压。
44.在所述退饱和检测电路板30上还设有第一电容c3，所述第一电容c3的正极连接所述比较器u2的正极输入端，所述第一电容c3的负极连接所述制动管v1的发射极，且所述第一电容c3与所述第二电阻r10并联。
45.本实施例所述的芯片u1的1脚与三极管q1的集电极连接，所述的芯片u1的2脚为常闭脚，所述的芯片u1的3脚与brke信号输入端连接，brke信号输入端4脚连接电源输出端nvee,所述的芯片u1的5脚连接栅极电阻rg，所述的芯片u1的6脚连接电源输入端nvcc。
46.本实施例所述的驱动电路10的工作原理：
47.电源输入端nvcc的电源电压设置为16v，电源输出端nvee的负电压设置为-8v，驱动电路10正常工作时，芯片u1的1脚的电压为高电平，利用cpu(中央处理器)控制芯片u1的3脚为高电平或低电平用以控制制动管v1的通断；
48.当变频器母线电压过高时，通过cpu控制brke信号输入端输入低电平控制信号(脉冲宽度调节信号)，将芯片u1的5脚的输出电压调整为16v，通过栅极电阻rg将电压加到制动
管v1的栅射两极位置处，此时驱动输出端gb输出高电平，将制动管v1导通，能量通过泄放电阻r5泄放；
49.当cpu控制brke信号输入端输入高电平控制信号，将芯片u1的5脚的输出电压调整为-8v，此时驱动输出端gb输出低电平，制动管v1关断；并且当芯片u1的1脚为低电平时，5脚默认输出电压为-8v，驱动输出端gb默认输出低电平，制动管v1关断。
50.本实施例所述的退饱和检测电路30的工作原理：
51.在无使能信号en的情况下，由于芯片u1的5脚的默认输出电压为-8v，因此此时第一二极管d1处于导通状态，v+处的电压(进入比较器u2正极输入端的电压，下同)约为1v，v-处的电压(进入比较器u2负极输入端的电压，下同)通过第三电阻r7和第四电阻r8设置为固定值8v，由于v+处的电压小于v-处的电压，比较器u2的输出端输出低电平，稳压管d3反向导通，三极管q1处于开通状态，进而使得使能信号en接通三极管q1；
52.在使用时，在制动管v1正常关断的状态下，驱动输出端gb输出低电平，第一二极管d1导通，电源输入端nvcc的电流经过第一电阻r6和第一二极管d1流入芯片u1的5脚，此时v+处的电压约为1v；
53.在制动管v1正常开通时，驱动输出端gb输出高电平，第一二极管d1截止，第二二极管d2导通，电源输入端nvcc的电流经过第一电阻r6和第二二极管d2流入制动管v1的集电极c后从制动管v1的发射极e流出，此时v+处的电压等于第二二极管d2和制动管v1两导通管压降之和约为3v；
54.即在第一二极管d1或第二二极管d2任一导通的情况下，v+处的电压均小于v-处的固定电压，比较器u2始终输出低电平，使能信号始终处于导通状态，制动管v1处于正常开关状态；
55.当泄放电阻r5短路时，制动管v1由于处于开通状态ic剧增，进而导致vce迅速飙升，制动管v1进入退饱和状态，导致第二二极管d2截止，从而进入第一二极管d1和第二二极管d2同时截止的状态，比较器u2此时输出高电平fault信号；
56.那么只要通过设置第一电阻r6和第二电阻r10的阻值使得v+处的电压大于v-处的电压固定值8v，即可使得比较器u2输出高电平fault信号(故障信号)，高电平fault信号经过限流电阻r2将稳压管d3和三极管q1关断，进而关断使能信号en使得制动管v1关断保护制动管v1，无需经过软件判断及cpu处理，能够高效地保护制动管v1；同时将高电平fault信号输送到cpu，cpu收到高电平fault信号后执行相应的关断驱动信号、报故障码等操作，待排除故障后，保护电路恢复到初始状态。
57.本实施例所述的第一电容c3为滤波电容，所述芯片u1为acpl-w341芯片。
58.本实施例所述的三极管q1为pnp结构，所述制动管v1采用的三极管为npn结构。
59.本实施例所提供的电梯变频器制动管保护电路，在正常使用时，当制动管v1能够正常开闭的情况下，不论驱动输出端gb处输出的是高电平或低电平，均可以实现第一二极管d1或第二二极管d2任一开通，当驱动输出端gb处输出的是高电平时，第一二极管d1截止，制动管v1和第二二极管d2开通，当驱动输出端gb处输出的是低电平时，第一二极管d1开通，制动管v1和第二二极管d2截止，上述两种状态下比较器u2均输出低电平到稳压管d3，三极管q1始终导通，将信号输入端的使能信号en输送到制动管v1；当泄放电阻r5发生短路，且制动管v1处于开通状态时，制动管v1由于ic的剧增，vce会迅速飙升，进入退饱和状态，导致第
二二极管d2截止，进而第一二极管d1和第二二极管d2同时截止，比较器u2此时输出高电平fault信号到稳压管d3，稳压管d3和三极管q1关断，进而中断使能信号en的输入，使得制动管v1关断，无需经过cpu和软件的判断即可关断并保护制动管v1；实现了当泄放电阻r5发生短路时，无需经过cpu即可实现制动管v1的自动关闭，时效性高；并且电路结构简单，实现难度低。
60.以上实施例也并非是基于本实用新型的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。