專利名稱：斬波器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于無軌電車、電動汽車和電力索引機動車調速的斬波器。
現有的電力機動車上使用的斬波器大多采用可控硅(SCR)作為開關元件，主要由兩個主、副可控硅組成，斬波器是通過電流觸發調控電路輸出調控脈沖，以脈沖移相的方式對主、副可控硅進行調控，這種調控方式容易導致可控硅不能正常關斷，再加上可控硅本身的性能，其觸發區10％為不可調區，電車在啟動時很容易引起突沖，電車在行駛過程中容易出現失控而造成交通事故；另外主可控硅的關斷是通過副可控硅的導通，“LC”諧振產生高壓，產生的電壓高于主可控硅的陰極電位，從而使主可控硅強行關斷，這種硬關閉很容易損壞濾波電容，使行電車不能正常行駛。
本實用新型的目的在于提供一種能使電車安全平穩行駛的斬波器。
為實現上述目的，本實用新型包括輸入放大電路、脈沖調控電路、行車驅動電路、剎車驅動電路、驅動互鎖電路和開關器件，所述脈沖調控電路由脈寬調制(PWM)模塊組成，所述開關器件為絕緣柵雙極三極管(IGBT)，輸入電壓信號分別接入輸入放大電路和驅動互鎖電路，經放大后的輸入電壓觸發脈沖調控電路產生脈寬調制電壓，驅動互鎖電路根據輸入電壓的正、負，選擇脈寬調制電壓相應輸出到剎車驅動電路或行車驅動電路，行車驅動電路驅動絕緣柵雙極三極管V1的導通，輸出行車的調制電壓；剎車驅動電路驅動絕緣柵雙極三極管V2的導通，輸出剎車的調制電壓。
本實用新型所述的驅動互鎖電路包括放大器A1、三極管Tr7、Tr8及二極管D1、D2、D3，輸入電壓接入放大器A1的正相輸入端，放大器A1的輸出端一路經二極管D3連接到三極管Tr7的基極，三極管Tr7的集電極與二極管D1相連另一路連接到三極管Tr8的基極，三極管Tr8的發射極與二極管D2相連；正電壓輸入時，二極管D3，三極管Tr7導通，二極管D1截止，選擇剎車脈寬調制電壓輸出；負電壓輸入時，三極管Tr8導通，二極管D2截止，選擇行車脈寬調制電壓輸出。
本實用新型所述的行車驅動電路和剎車驅動電路相同，驅動電路由光耦OP1和三極管Tr4、Tr5組成，脈寬調制電壓輸出到光耦OP1再經三極管Tr4、Tr5推挽放大，驅動絕緣柵雙極三極管導通，在驅動電路內設有絕緣柵雙極三極管的短路保護電路。
作為本實用新型的進一步改進，在絕緣柵雙極三極管V1、V2的輸出端設有霍耳電流保電路和分流器保護電路，霍耳電流保電路包括霍耳傳感器H、放大器A2、電位器P1及三極管Tr6，霍耳傳感器H連接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，傳感器H的輸出端與放大器A2的正相輸入端相連，放大器A2的輸出一路接入輸入放大電路，起內環負反饋的作用；另一路經電位器P1，穩壓器D和三極管Tr6的集電接入脈沖調控電路，調節脈寬。
分流器保護電路包括分流器Id、比較放大器A3、限流電阻R3、電感L及電位器P2，分流器接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，分流器Id的輸出接入比較器A3的正相輸入端，與接在負相輸入端的電位器P2調定電位進行比較，比較器A3輸出接入光耦OP3，光耦OP3的輸出接入脈沖調控電路，控制脈寬調制電壓的輸出寬度。
由于采用了脈寬調制(PWM)模塊組成脈沖調控電路和絕緣柵雙極三極管(IGBT)，由電壓觸發脈沖調控電路產生脈寬調制電壓，通過脈寬的寬窄來調控開關器件絕緣柵雙極三極管(IGBT)的導通和截止，這樣的過程都是軟導通、軟關斷，另外絕緣柵雙極三極管的各項性能都優于可控硅，因此電車在啟動時不會引起突沖，也不會在行駛過程中出現關不了開關器件而失控，整個斬波器安全性能大大提高，確保電車安全平穩的行駛。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1為本實用新型具體一個實施例的原理方框圖；圖2為圖1所示實施例中驅動互鎖電路的電路圖。
圖3為圖1所示實施例中行車驅動電路和剎車驅動電路的電路圖。
圖4為圖1所示實施例中霍耳電流保電路的電路圖。
圖5為圖1所示實施例中分流器保護電路的電路圖。
如圖1所示，本實用新型包括輸入放大電路1、脈沖調控電路2、行車驅動電路3、剎車驅動電路4、驅動互鎖電路5和開關器件，脈沖調控電路2由脈寬調制(PWM)模塊組成，開關器件為兩個絕緣柵雙極三極管V1、V2，輸入電壓信號分別接入輸入放大電路1和驅動互鎖電5，經放大后的輸入電壓觸發脈沖調控電路2產生脈寬調制電壓，驅動互鎖電路5根據輸入電壓的正、負，選擇脈寬調制電壓相應輸出到剎車驅動電路4或行車驅動電路3，行車驅動電路3驅動絕緣柵雙極三極管V1的導通，輸出行車的調制電壓，對直流電機進行調速；剎車驅動電路4驅動絕緣柵雙極三極管V2的導通，輸出剎車的調制電壓。
如圖2所示，驅動互鎖電路包括放大器A1、三極管Tr7、Tr8及二極管D1、D2、D3，輸入電壓接入放大器A1的正相輸入端，放大器A1的輸出端一路經二極管D3連接到三極管Tr7的基極，三極管Tr7的集電極與二極管D1相連；另一路連接到三極管Tr8的基極，三極管Tr8的發射極與二極管D2相連；行車、剎車產生的輸入電壓信號等效為一個電位器P，此輸入電壓信號分為二路，一路到輸入放大電路1，另一路到放大器A1，當電位器P為正電位時，二極管D3、三極管Tr7導通，D1截止，控制驅動剎車的脈寬調制電壓輸出；負電位時，Tr8導通，D2截止，控制驅動行車的脈寬調制電壓輸出；當等效電位器P為0V時，兩個三極管Tr7、Tr8同時截止，控制驅動行車和剎車兩個脈寬調制電壓都被鎖定。
本實用新型的行車驅動電路3和剎車驅動電路4相同，驅動電路(如圖3所示)由光耦OP1和三極管Tr4、Tr5組成，脈寬調制電壓輸出經光耦OP1接入三極管Tr4、Tr5推挽放大，驅動絕緣柵雙極三極管導通。在驅動電路內設有絕緣柵雙極三極管的短路保護電路，光耦OP1的輸出端的另一路接入由三極管Tr1、Tr2構成倒相電路中，當在輸出脈沖的上升沿及脈沖的頂部時，三極管Tr2截止，正15V電壓經電阻R1、穩壓二極管D4、電阻R2、二極管D6到絕緣柵雙極三極管的集電極C，正常情況時，絕緣柵雙極三極管的集電極C、發射極E之間只有2～3V的飽和壓降，準確調節電阻R2的電阻值使+15V的電流全部流經R1、D4、R2、D6和絕緣柵雙極三極管的C、E極，而三極管Tr3處于截止狀態。
當絕緣柵雙極三極管出現短路，集電極C、發射極E之間的飽和壓降高達7V，此時，二極管D6截止，+15V的電壓由電阻R1、穩壓管D4、三極管Tr3的基極，使三極管Tr3、光耦OP2導通，OP2的集電極、發射極是短路保護輸出接入脈沖調控電路2、，使停止輸出脈寬調制電壓，同時Tr3的導通，也使二極管D5導通，由于D5的導通，使三極管Tr4、Tr5的基極為-15V，使絕緣柵雙極三極管被截止。
作為本實用新型的進一步改進，在每個絕緣柵雙極三極管的輸出端設有霍耳電流保電路6(如圖4所示)和分流器保護電路7(如圖5所示)，霍耳電流保電路包括霍耳傳感器H、放大器A2、電位器P1及三極管Tr6，霍耳傳感器H連接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，傳感器H的輸出端與放大器A2的正相輸入端相連，放大器A2的輸出一路接入輸入放大電路；另一路經電位器P1，穩壓器D和三極管Tr6的集電極接入脈沖調控電路2；霍爾電流傳感器對負載電流檢測，在輸出與負載電流成正比的線性電壓，經放大器A2放大，分為兩路輸出，一路為內環負反饋，另一路輸出，經電位器P1、穩壓管D接入三極管Tr6的基極，三極管Tr6的集電極接入脈沖調控電路2，調節電位器P1，使負載電流達到最大極限值時，穩壓管D、三極管Tr6導通，三極管Tr6集電極電位下降，三極管Tr6未導通時，集電極電壓為高電位，脈沖調控電路2可以最大脈寬輸出，集電極電位低時，脈沖調控電路2以最窄的脈沖輸出或沒有脈沖輸出，使負載電流為恒流，此為第一級電流保護。
分流器保護電路包括分流器Id、比較放大器A3、限流電阻R3及電位器P2，分流器接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，分流器Id產生的電壓降，正比于負載電流，此電壓經濾波電感L限流電阻R3通往比較放大器A3的正輸入端，調節電位器P使負載電流達到極限值時比較器被觸發，使光耦OP3導通，光耦OP3的輸出接入脈沖調控電路2，在光耦OP3導通前，光耦OP3的集電極電壓為高電位，導通后，集電極為低電位，當集電極為低電位時，脈沖調控電路2輸出窄脈沖，使負載電流為恒流，此為第二級電流保護。
權利要求1.一種斬波器，包括輸入放大電路(1)、脈沖調控電路(2)、行車驅動電路(3)、剎車驅動電路(4)和開關器件，其特征在于還包括驅動互鎖電路(5)，所述脈沖調控電路由脈寬調制(PWM)模塊組成，所述開關器件為兩個絕緣柵雙極三極管(V1、V2)，輸入電壓信號分別接入輸入放大電路(1)和驅動互鎖電路(5)，經放大后的輸入電壓觸發脈沖調控電路(2)的產生脈寬調制電壓，驅動互鎖電路(5)根據輸入電壓的正、負選擇脈寬調制電壓輸出到行車驅動電路(3)或剎車驅動電路(4)，行車驅動電路(3)驅動絕緣柵雙極三極管(V1)的導通，輸出行車的調制電壓；剎車驅動電路(4)驅動絕緣柵雙極三極管(V2)的導通，輸出剎車的調制電壓。
2.根據權利要求1所述的斬波器，其特征在于所述的驅動互鎖電路(5)包括放大器(A1)、三極管(Tr7、Tr8)及二極管(D1、D2、D3)，輸入電壓接入放大器(A1)的正相輸入端，放大器(A1)的輸出端一路經二極管(D3)連接到三極管(Tr7)的基極，三極管(Tr7)的集電極與二極管(D1)相連；另一路連接到三極管(Tr8)的基極，三極管(Tr8)的發射極與二極管(D2)相連；正電壓輸入時，二極管(D3)、三極管(Tr7)導通，二極管(D1)截止，選擇剎車脈寬調制電壓輸出；負電壓輸入時，三極管(Tr8)導通，二極管(D2)截止，選擇行車脈寬調制電壓輸出。
3.根據權利要求1所述的斬波器，其特征在于行車驅動電路(3)和剎車驅動電路(4)相同，驅動電路由光耦(OP1)和三極管(Tr4、Tr5)組成，脈寬調制電壓輸出到光耦(OP1)再經三極管(Tr4、Tr5)推挽放大，接入絕緣柵雙極三極管的柵極，驅動絕緣柵雙極三極管導通；在驅動電路內設有絕緣柵雙極三極管的短路保護電路。
4.根據權利要求1或2或3所述的斬波器，其特征在于在絕緣柵雙極三極管(Vl、V2)的輸出端設有霍耳電流保電路(6)。該電路包括霍耳傳感器(H)、放大器(A2)、電位器(P1)及三極管(Tr6)，霍耳傳感器(H)連接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，傳感器(H)的輸出端與放大器(A2)的正相輸入端相連，放大器(A2)的輸出端一路接入輸入放大電路(1)，起內環負反饋的作用；另一路經電位器(P1)、穩壓器(D)與三極管(Tr6)的基極連接，三極管(Tr6)的集電極接入脈沖調控電路(2)，控制脈寬調制電壓的輸出寬度。
5.根據權利要求4所述的斬波器，其特征在于在絕緣柵雙極三極管(V1、V2)的輸出端設有分流器保護電路(7)，該電路包括分流器(Id)、比較放大器(A3)、限流電阻(R3)電感(L)及電位器(P2)，分流器(Id)接在絕緣柵雙極三極管的負載回路中，分流器(Id)的輸出經限流電阻(R3)、電感(L)接入比較器(A3)的正相輸入端，與接在負相輸入端的電位器(P2)調定電位進行比較后，輸出電壓接入光耦(OP3)，光耦(OP3)的輸出接入脈沖調控電路(2)，控制脈寬調制電壓的輸出寬度。
專利摘要本實用新型公開了一種斬波器,包括輸入放大電路、脈沖調控電路、行車驅動電路、剎車驅動電路、驅動互鎖電路和開關器件,所述脈沖調控電路由脈寬調制(PWM)模塊組成,所述開關器件為絕緣柵雙極三極管,輸入電壓信號分別接入輸入放大電路和驅動互鎖電路,經放大后的輸入電壓觸發脈沖調控電路產生脈寬調制電壓,驅動互鎖電路根據輸入電壓的正、負,選擇脈寬調制電壓相應輸出到剎車驅動電路或行車驅動電路,驅動相應的絕緣柵雙極三極管的導通,輸出的脈寬調制電壓。
文檔編號H02M7/02GK2457786SQ0024042
公開日2001年10月31日 申請日期2000年12月11日 優先權日2000年12月11日
發明者范漢強 申請人:范漢強