一種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及大功率伺服驅動安全電路【技術領域】，具體公開了一種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路。該電路中若干個開關狀態為反邏輯的上功率管控制狀態信號PWMX與下功率管控制狀態信號PWMY為互補信號，并輸入到互鎖信號電路中的同向門電路和反向門電路；PWMX通過同向門電路的輸出與PWMY通過反向門電路的輸出進行“線與”后輸入信號復原電路中的反向門電路，獲得上功率管控制信號PWMAX；PWMY通過同向門電路的輸出與PWMY通過反向門電路的輸出進行“線與”后輸入信號復原電路中的反向門電路，獲得下功率管控制信號PWMAY。該電路簡單、可靠，能夠有效地防止功率模塊驅動同一橋臂上、下功率管同時開啟造成該橋臂直通，減少通過功率管電流過大對功率管的損壞。
【專利說明】ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于大功率伺服驅動安全電路【技術領域】，具體涉及ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路。
【背景技術】
[0002]在電機驅動器及逆變器領域中，由驅動控制功率模塊IGBT、IPM或MOSFET組成電壓斬波橋臂，組成該斬波模塊的橋臂有兩橋臂，三橋臂，六橋臂等不同的組成方式。在控制該橋臂斬波的過程中，關鍵是控制橋臂上下功率管的開關，依次來控制功率管的斬波，在此過程中，正常的狀態是同一橋臂上下功率管的開關狀態相反，即若上功率管開，則下功率管關；若上功率管關，則下功率管開。若產生同一橋臂上、下功率管同時開的情況，則該橋臂的電流就會瞬間增大，會對功率管造成損壞，并導致安全事故。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，可以防止功率模塊同一橋臂上、下功率管同時開啟所造成該橋臂直通，減少通過功率管電流過大對功率管的損壞。
[0004]本發明的技術方案如下:ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，包括互鎖信號電路與信號復原電路，其中，互鎖信號電路包括同向門電路U13和反向門電路U14 ;若干個開關狀態為反邏輯的待控制功率模塊同一橋臂的上功率管控制狀態信號PWMX與下功率管控制狀態信號PWMY正常狀態為互補信號，并同時輸入到互鎖信號電路中的同向門電路U13和反向門電路U14 ;上功率管控制狀態信號PWMX通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWMY通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后輸入信號復原電路中的反向門電路U15，獲得待控制功率模塊同一橋臂的上功率管控制信號PWMAX ;下功率管控制狀態信號PWMY通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWMY通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后輸入信號復原電路中的反向門電路U15,獲得待控制功率模塊同一橋臂的下功率管控制信號PWMAY。
[0005]所述的同向門電路U13為集電極開路同向驅動門，其輸出信號和原信號狀態相同。
[0006]所述反向門電路U14和反向門電路U15為反向驅動門電路，其輸出信號和原信號狀態相同。
[0007]所述的待控制功率模塊為控制兩橋臂、或三橋臂、或六橋臂的功率模塊。
[0008]所述的控制三橋臂功率模塊的安全電路中，互鎖信號電路的具體結構為:第一橋臂上功率管控制狀態信號PWMl同時與同向門電路U13第一輸入端Al和反向門電路U14第一輸入端Al相連；第一橋臂下功率管控制狀態信號PWM2同時與同向門電路U13第二輸入端A2和反向門電路U14第二輸入端A2相連；第二橋臂上功率管控制狀態信號PWM3同時與同向門電路U13第三輸入端A3和反向門電路U14第三輸入端A3相連；第二橋臂下功率管控制狀態信號PWM4同時與同向門電路U13第四輸入端A4和反向門電路U14第四輸入端A4相連；第三橋臂上功率管控制狀態信號PWM5同時與同向門電路U13第五輸入端A5和反向門電路U14第五輸入端A5相連；第三橋臂下功率管控制狀態信號PWM6同時與同向門電路U13第六輸入端A6和反向門電路U14第六輸入端A6相連；同向門電路U13第一輸出端Yl與反向門電路U14第二輸出端Y2共同連接到帶有電阻Rl7的供電支路上，并形成控制信號PWMl! 2 ;同向門電路U13第二輸出端Y2與反向門電路U14第一輸出端Yl共同連接到帶有電阻R16的供電支路上，并形成控制信號PWM2! I ;同向門電路U13第三輸出端Y3與反向門電路U14第四輸出端Y4共同連接到帶有電阻R15的供電支路上，并形成控制信號PWM3!4 ；同向門電路U13第四輸出端Y4與反向門電路U14第三輸出端Y3共同連接到帶有電阻R14的供電支路上，并形成控制信號PWM4! 3 ;同向門電路U13第五輸出端Y5與反向門電路U14第六輸出端Y6共同連接到帶有電阻R18的供電支路上，并形成控制信號PWM5!6 ;同向門電路U13第六輸出端Y6與反向門電路U14第五輸出端Y5共同連接到帶有電阻R19的供電支路上，并形成控制信號PWM4!3 ;同向門電路U13的VCC端口和反向門電路U14的VCC端ロ都與電源相連；同向門電路U13的GND端口和反向門電路U14的GND端ロ都與地相連。
[0009]所述的控制三橋臂功率模塊的安全電路中，信號復原電路的具體結構為:控制信號 PWM2!1、PWMl !2, PWM3!4、PWM6!5、PWM5!6 和 PWM4! 3 分別連接到反向門電路 U15 的第一輸入端Al、第二輸入端A2、第三輸入端A3、第四輸入端A4、第五輸入端A5和第六輸入端A6 ；帶有電阻R24的供電支路連接到反向門電路U15的第一輸出端Y1，并形成控制第一橋臂的上功率管控制信號PWMAl ;帶有電阻R23的供電支路連接到反向門電路U15的第二輸出端Y2，并形成控制第一橋臂的下功率管控制信號PWMA2 ;帶有電阻R22的供電支路連接到反向門電路U15的第三輸出端Y3，并形成控制第二橋臂的上功率管控制信號PWMA3 ;帶有電阻R21的供電支路連接到反向門電路U15的第四輸出端Y4，并形成控制第三橋臂的下功率管控制信號PWMA6 ;帶有電阻R26的供電支路連接到反向門電路Ul5的第五輸出端Y5，并形成控制第三橋臂的上功率管控制信號PWMA5 ;帶有電阻R25的供電支路連接到反向門電路U15的第六輸出端Y6，并形成控制 第二橋臂的下功率管控制信號PWMA4 ;同向門電路U15的VCC端ロ與電源相連；同向門電路U13的GND端ロ與地相連。
[0010]所述的供電支路電源為5V，電源為5V。
[0011]所述的R14、R15、R16、R17、R18 和 R19 的電阻為 4.7k Q ;所述的 R21、R22、R23、R24、R25 和 R26 的電阻為 4.7k Q。
[0012]所述的U13型號為74LS7407。
[0013]所述的U14和U15型號為74LS7406。
[0014]本發明的顯著效果在于:本發明所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，實現方案簡單、可靠，能夠有效地防止功率模塊驅動同一橋臂上、下功率管同時開啟造成該橋臂直通，減少通過功率管電流過大對功率管的損壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述ー種防止功率模塊驅動三橋臂上下功率管直通的安全電路結構示意圖
[0016]圖2為本發明所述ー種防止功率模塊驅動三橋臂上下功率管直通的安全電路中互鎖電路意圖；
[0017]圖3為本為本發明所述ー種防止功率模塊驅動三橋臂上下功率管直通的安全電路中イ目號復原電路^^意圖。
[0018]圖中，1、互鎖電路；2、信號復原電路
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進ー步詳細說明。
[0020]如圖1、圖2所示，對于三橋臂的防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，包括互鎖電路和信號復原電路，其中，互鎖信號電路包括同向門電路U13和反向門電路U14 ;控制功率模塊的第一橋臂的上功率管控制信號PWMAl與下功率管控制狀態信號PWM2正常情況下位互補信號，不能同時為高信號，即PWMl=1、PWM2=0或PWM1=0、PWM2=1。第一橋臂上功率管控制狀態信號PWMl同時與同向門電路U13第一輸入端Al和反向門電路U14第一輸入端Al相連；第一橋臂下功率管控制狀態信號PWM2同時與同向門電路U13第二輸入端A2和反向門電路U14第二輸入端A2相連；同向門電路U13第一輸出端Yl與反向門電路U14第二輸出端Y2共同連接到帶有電阻R17的供電支路上，并形成控制信號PWMl !2，即上功率管控制狀態信號PWMl通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWM2通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后，獲得控制信號PWMl! 2 ;同向門電路U13第二輸出端Y2與反向門電路U14第一輸出端Yl共同連接到帶有電阻R16的供電支路上，并形成控制信號PWM2! 1，即下功率管控制狀態信號PWM2通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWMl通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后，獲得控制信號PWM2! I ;控制信號PWM2! 1、PWMl! 2分別連接到反向門電路U15的第一輸入端Al、第二輸入端A2 ;帶有電阻R24的供電支路連接到反向門電路U15的第一輸出端Y1，并形成控制第一橋臂的上功率管控制信號PWMAl ;帶有電阻R23的供電支路連接到反向門電路U15的第二輸出端Y2，并形成控制第一橋臂的下功率管控制信號PWMA2 ;功率模塊開關狀態為反邏輯，因此，獲得的控制信號PWMAl和PWMA2可以用于控制第一橋臂功率管的通斷，防止第一橋臂上、下功率管同時開啟造成該橋臂直通。
[0021]第二橋臂和第三橋臂的連接結構與第一橋臂的結構類似。
[0022]本發明所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路的具體エ作過程為:
[0023]當功率模塊處于正常信號控制狀態時，如當PWM1=1、PWM2=0時，其中，PWMl=I表示高信號，PWM2=0表示低信號；由于U13為集電極開路同向驅動門，故其輸出信號和原信號狀態相同，所以PWMl (U13)=1，PWM2 (U13)=0，其中，PWMl (U13)表示第一橋臂上功率管控制狀態信號PWMl經過同向門電路U13的輸出；U14為反向驅動門電路，故PWM1(U14)=0，PWM2(U14)=l ；PWM1 (U13)與 PWM2 (U14)進行“線與”操作，獲得控制信號 PWMl! 2=1 ；PWM2 (U13)與PWMl (U14)進行“線與”操作，獲得控制信號PWM2! 1=0 ;將控制信號PWMl !2和PWM2! I通過U15反向驅動門電路，獲得PWMAl=O, PWMA2=1。即原信號為PWM1=1，PWM2=0，即上功率管為開狀態，下功率管為關狀態。經過本發明所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路后，由于功率模塊開關狀態為反邏輯，故PWMAl=O為開狀態， PWMA2=1為關狀態。[0024]當功率模塊處于非正常信號控制狀態時，如當PWM1=1、PWM2=1時，及上、下功率管直通；由于U13為集電極開路同向驅動門，故其輸出信號和原信號狀態相同，所以PWMl(U13) =1, PWM2 (U13) =1 ;U14 為反向驅動門電路，故 PWMl (U14) =0, PWM2 (U14) =0 ；PWM1(U13)與 PWM2 (U14)進行“線與”操作，獲得控制信號 PWM1!2=0 ;PWM2 (U13)與 PWMl (U14)進行“線與”操作，獲得控制信號PWM2! 1=0 ;將控制信號PWMl !2和PWM2!1通過U15反向驅動門電路，獲得PWMAl=I, PWMA2=1。即原信號為PWM1=1、PWM2=1，是橋臂上下功率管直通狀態，經過本發明所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路后，PWMAl為高信號，即功率管為關狀態，PWMA2為高信號，功率管為關狀態，避免同一橋臂上下功率管直通的情況發生 。
【權利要求】
1.ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:包括互鎖信號電路(I)與信號復原電路(2),其中，互鎖信號電路(I)包括同向門電路U13和反向門電路U14 ;若干個開關狀態為反邏輯的待控制功率模塊同一橋臂的上功率管控制狀態信號PWMX與下功率管控制狀態信號PWMY正常狀態為互補信號，并同時輸入到互鎖信號電路(I)中的同向門電路U13和反向門電路U14 ;上功率管控制狀態信號PWMX通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWMY通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后輸入信號復原電路(2)中的反向門電路U15，獲得待控制功率模塊同一橋臂的上功率管控制信號PWMAX ;下功率管控制狀態信號PWMY通過同向門電路U13的輸出與下功率管控制狀態信號PWMY通過反向門電路U14的輸出進行“線與”操作后輸入信號復原電路(2)中的反向門電路U15,獲得待控制功率模塊同一橋臂的下功率管控制信號PWMAY。
2.根據權利要求1所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的同向門電路U13為集電極開路同向驅動門，其輸出信號和原信號狀態相同。
3.根據權利要求1所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述反向門電路U14和反向門電路U15為反向驅動門電路,其輸出信號和原信號狀態相反。
4.根據權利要求1所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在干:所述的待控制功率模塊為控制兩橋臂、或三橋臂、或六橋臂的功率模塊。
5.根據權利要求4所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的控制三橋臂功率模塊的安全電路中，互鎖信號電路(I)的具體結構為:第一橋臂上功率管控制狀態信號PWMl同時與同向門電路U13第一輸入端Al和反向門電路U14第一輸入端Al相連；第一橋臂下功率管控制狀態信號PWM2同時與同向門電路U13第二輸入端A2和反向門電路U14第二輸入端A2相連；第二橋臂上功率管控制狀態信號PWM3同時與同向門電路U13第三輸入端A3和反向門電路U14第三輸入端A3相連；第二橋臂下功率管控制狀態信號PWM4同時與同向門電路U13第四輸入端A4和反向門電路U14第四輸入端A4相連；第三橋臂上功率管控制狀態信號PWM5同時與同向門電路U13第五輸入端A5和反向門電路U14第五輸入端A5相連；第三橋臂下功率管控制狀態信號PWM6同時與同向門電路U13第六輸入端A6和反向門電路U14第六輸入端A6相連；同向門電路U13第一輸出端Yl與反向門電路U14第二輸出端Y2共同連接到帶有電阻R17的供電支路上，并形成控制信號PWMl! 2 ;同向門電路U13第二輸出端Y2與反向門電路U14第一輸出端Yl共同連接到帶有電阻R16的供電支路上，并形成控制信號PWM2! I ;同向門電路U13第三輸出端Y3與反向門電路U14第四輸出端Y4共同連接到帶有電阻Rl5的供電支路上，并形成控制信號PWM3!4 ;同向門電路U13第四輸出端Y4與反向門電路U14第三輸出端Y3共同連接到帶有電阻R14的供電支路上，并形成控制信號PWM4! 3 ;同向門電路U13第五輸出端Y5與反向門電路U14第六輸出端Y6共同連接到帶有電阻R18的供電支路上，并形成控制信號PWM5!6 ；同向門電路U13第六輸出端Y6與反向門電路U14第五輸出端Y5共同連接到帶有電阻R19的供電支路上，并形成控制信號PWM4!3 ;同向門電路U13的VCC端口和反向門電路U14的VCC端ロ都與電源相連；同向門電路U13的GND端口和反向門電路U14的GND端ロ都與地相連。
6.根據權利要求5所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的控制三橋臂功率模塊的安全電路中，信號復原電路(2)的具體結構為:控制信號P麗2! 1、P麗I! 2、P麗3! 4、P麗6! 5、P麗5! 6和P麗4! 3分別連接到反向門電路U15的第一輸入端Al、第二輸入端A2、第三輸入端A3、第四輸入端A4、第五輸入端A5和第六輸入端A6 ;帶有電阻R24的供電支路連接到反向門電路U15的第一輸出端Yl，并形成控制第一橋臂的上功率管控制信號PWMAl ;帶有電阻R23的供電支路連接到反向門電路U15的第二輸出端Y2，并形成控制第一橋臂的下功率管控制信號PWMA2 ;帶有電阻R22的供電支路連接到反向門電路U15的第三輸出端Y3，并形成控制第二橋臂的上功率管控制信號PWMA3 ;帶有電阻R21的供電支路連接到反向門電路U15的第四輸出端Y4，并形成控制第三橋臂的下功率管控制信號PWMA6 ;帶有電阻R26的供電支路連接到反向門電路Ul5的第五輸出端Y5，并形成控制第三橋臂的上功率管控制信號PWMA5 ;帶有電阻R25的供電支路連接到反向門電路U15的第六輸出端Y6，并形成控制第二橋臂的下功率管控制信號PWMA4 ;同向門電路U15的VCC端ロ與電源相連；同向門電路U13的GND端ロ與地相連。
7.根據權利要求5或6所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的供電支路電源為5V，電源為5V。
8.根據權利要求5或6所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的R14、R15、R16、R17、R18和R19的電阻為4.7k Q ;所述的R21、R22、R23、R24、R25 和 R26 的電阻為 4.7kQ ?
9.根據權利要求2所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的U13型號為74LS7407。
10.根據權利要求3所述的ー種防止功率模塊驅動橋臂上下功率管直通的安全電路，其特征在于:所述的U14和`U15型號為74LS7406。
【文檔編號】H02M1/32GK103532362SQ201210231244
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月4日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】姜麗婷, 盧二寶, 朱大賓, 岳振波, 李旭東 申請人:北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院