步進電機驅動器中igbt保護電路及保護方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電機技術領域，具體涉及一種步進電機驅動器中IGBT過流保護方法 及保護電路。
【背景技術】
[0002] IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣概雙極型晶體管）是步進電機 驅動器中常見的一種電子器件，用于驅動器電路的PWM(Pulse-Width Modulation，脈寬調 變）功率轉換。在工作中，當步進電機驅動器PffM功率轉換電路內部電流換向以及步進電 機制動或反轉的時候，步進電機內部感性元件會釋放反向電流，造成IGBT內的電流急劇增 加，一旦電流值超出IGBT的安全工作區，則會造成IGBT損壞，此時需要步進電機驅動器對 IGBT進行保護性關閉。
[0003] 目前，IGBT的保護方法主要是使用延遲檢測。當保護電路檢測到IGBT中電流過 大時，由于延遲設計并不在第一時間動作，而是過流時間滿足預設值后，保護電路對控制電 路發送保護信號對IGBT進行保護，這樣可以排除IGBT在安全工作區內暫時性的電流波動， 避免步進電機驅動器頻繁關閉。
[0004] 但是，由于在標準柵極電壓驅動下，IGBT的抗過流時間較短，保護電路也只能在很 短的時間內進行檢測與保護，并且在這段時間內IGBT的di/dt值變化很大，導致保護電路 判斷的準確性較低。另外，由于步進電機轉速以及負載慣量等不同因素的影響，IGBT工作 時的過流時間以及過流電流的幅值也會有很大的不同，當出現較大的過流電流時，即使保 護電路做出反應，過流電流也會在很短時間內超出IGBT的安全工作區，這樣即便沒有導致 IGBT當場損壞，也會降低IGBT的使用壽命和可靠性。
【發明內容】
[0005] 本發明為解決現有電機驅動器中對IGBT的保護存在判斷準確性低，電路過流容 錯時間短，IGBT使用壽命短以及可靠性差等技術問題。提供一種步進電機驅動器中IGBT保 護電路及保護方法。
[0006] 步進電機驅動器中IGBT保護電路，包括控制電路、過流保護電路、電流互感器、第 一柵極驅動、第二柵極驅動、IGBT Tl~T4、柵極電阻Rl~R4、柵極穩壓二極管Dl~D4以 及三極管Ql~Q4 ;所述控制電路與第一柵極驅動第二柵極驅動以及三級管Ql~Q4的基 極連接；
[0007] 所述第一柵極驅動分別通過柵極電阻Rl和R2與IGBT Tl和IGBT T2的柵極連接， 第二柵極驅動通過柵極電阻R3和R4與IGBT T3和IGBT T4的柵極連接；
[0008] 所述三極管Ql~Q4的集電極與穩壓二極管Dl~D4的陰極連接，穩壓二極管 Dl~D4的陽極與IGBT Tl~T4的柵極連接；
[0009] 所述IGBT Tl~T4與步進電機線圈構成H型PffM功率轉換電路，電流互感器串聯 在步進電機線圈中，電流互感器的輸出端與過流保護電路的輸入端連接，過流保護電路的 輸出端與控制電路連接。
[0010] 步進電機驅動器中IGBT保護電路的保護方法，該方法針對步進電機驅動器內部 的PffM功率轉換電路的電流換向以及步進電機制動或反轉，產生的過流電流的保護，該方 法由以下步驟實現：
[0011] 步驟一、通過串聯在步進電機線圈上的電流互感器采集IGBT Tl~T4中流過的電 流；
[0012] 步驟二、當電流互感器采集到高于預設值的電流時，過流保護電路向控制電路發 出過流電流信號，控制電路檢測到所述過流電流信號后，通過降壓電路將IGBT Tl~T4的 柵極驅動電壓降低；
[0013] 步驟三、判斷步驟二中所述的過流電流信號是否存在，如果否，則控制電路將IGBT Tl~T4的柵極驅動電壓恢復到正常值；如果是，執行步驟四；
[0014] 步驟四、判斷所述過流電流信號是否持續到預設的時間值，如果是，則控制電路將 IGBT關閉；如果否，則控制電路將IGBT Tl~T4的柵極驅動電壓恢復到正常值。
[0015] 步進電機驅動器中IGBT保護電路的保護方法，針對步進電機發生制動或反轉時， 產生過流電流的保護，采用下述方法實現：
[0016] 步驟A、步進電機正常工作時，控制電路記錄設定的步進電機轉速值和電流值，并 對記錄的轉速與電流值進行計算，獲得當前步進電機線圈中的反饋電流值；
[0017] 步驟B、當控制電路接收到步進電機的制動或反轉信號時，將步驟一中獲得的反饋 電流值與預設的閾值電流進行比較，如果所述的反饋電流值高于閾值電流，則控制電路控 制關閉IGBT Tl~T4。
[0018] 本發明的有益效果：本發明所述的IGBT保護電路，降低了步進電機驅動器對短時 間內較小過流電流的保護次數，提高步進電機驅動器的工作效率；本發明降低了短時間內 較大過流電流對IGBT的沖擊次數，提高了 IGBT的壽命與穩定性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明的實施例所提供的IGBT保護電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 具體實施方案一，本方案具體針對第一類過流電流進行保護。如圖一所示，本方案 主要包括控制電路1、過流保護電路2、電流互感器3、第一柵極驅動4、第二柵極驅動5、IGBT Tl~T4、柵極電阻Rl~R4、柵極穩壓二極管Dl~D4以及三極管Ql~Q4。其中控制電路 1與第一柵極驅動、第二柵極驅動及三級管Ql~Q4基極連接，第一柵極驅動、第二柵極驅 動通過柵極電阻Rl~R4與IGBT Tl~T4柵極連接，三極管Ql~Q4集電極與穩壓二極管 Dl~D4陰極連接，穩壓二極管Dl~D4陽極與IGBT Tl~T4柵極連接，IGBT Tl~T4與 步進電機線圈構成H型PffM功率轉換電路，電流互感器3串聯在電機線圈中，電流互感器3 的輸出端與過流保護電路2的輸入端連接，過流保護電路的輸出端與控制電路1連接。
[0021] 通過以上電路的配置設計，包括對第一類過流電流和第二類過流電流的保護方 法，且所述第一類的過流電流值低于第二類的過流電流值；對于第一類過流電流，其主要產 生的原因包括步進電機驅動器內部PWM功率轉換電路的電流換向，以及步進電機制動或反 轉，針對第一類過流電流的保護方法為：
[0022] 步驟一：在IGBT正常工作時，控制電路1控制第一柵極驅動4、第二柵極驅動）對 IGBT Tl~T4進行開關，電流互感器3對流過步進電機線圈的電流進行監測，并將電流波形 轉換為電壓波形輸出至過流保護電路2與預設電壓值進行對比；
[0023] 步驟二：當步進電機線圈中流過超出正常范圍的電流時，電流互感器3向過流保 護電路2發送超出正常范圍的電壓波形，過流保護電路2在檢測到該電壓后向控制電路1 發送保護請求至控制電路1，控制電路1控制三極管Ql~Q4導通，使穩壓二極管Dl~D4 導通，對IGBT Tl~T4的柵極進行降壓保護操作；
[0024] 步驟三：若該過流信號持續時間超過預設的過流保護時間，則控制電路控制柵極 驅動關閉IGBT，對IGBT進行保護性關斷。
[0025] 在本發明實施例中，當監測到IGBT中的電流過流后，IGBT的柵極電壓會被降低， 使 IGBT 的 Vce (Collector-Emitter Saturation Voltage，集電極-發射極飽和壓降）提高， 提高IGBT的以延長IGBT自身抗過流時間，同時也延長了過流保護電路對過流電流的 反應時間，降低了對過流保護電路的反應要求，提高了對過流判斷的準確性。
[0026] 本實施方式中所述的柵極穩壓二極管Dl~D4和三極管Ql~Q4組成降壓電路。 步驟三所述的高于正常范圍的電流設定為高于額定電流的1. 5~3倍。
[0027] 針對第二類過流電流，其主要產生的原因包括步