防止輸入信號輸出的裝置、為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置以及電機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種防止輸入信號輸出的裝置、為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置以及電機驅(qū)動系統(tǒng)。該防止輸入信號輸出的裝置包括信號控制單元，該信號控制單元包括一個具有輸入端和輸出端的信號緩沖單元，該信號緩沖單元用于上電時接收輸入信號并把該信號傳輸?shù)捷敵龆耍渲行盘柧彌_單元的負電源端由第一電源供電。信號控制單元還包括升壓電路，用于升高第一電源的電壓使其高于第一電源的電壓并提供第一電源的電壓或升高的電壓到信號緩沖單元的正電源端。當升高的電壓被提供給信號緩沖單元的正電源端時，信號緩沖單元上電，當?shù)谝浑娫炊说碾妷罕惶峁┙o信號緩沖單元的正電源端時，信號緩沖單元沒有上電。
【專利說明】防止輸入信號輸出的裝置、為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置以及電機驅(qū)動系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防止輸入信號輸出的裝置，為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置以及電機驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]驅(qū)動電路用于驅(qū)動不同應用中的電機。這些應用需要提供一種在緊急情況下可以停止電機運行的方法。例如，若連接到機械設備的電機繼續(xù)運行會傷害操作者，則需要通過指令停止電機運行。特別地，確保控制系統(tǒng)具有失效保護功能以確保機器在響應初始停機指令時停止運行是很重要的。
[0003]需要滿足兩個安全標準:
[0004]BS EN61800-5-2:2007可調(diào)速電力驅(qū)動系統(tǒng)安全要求；以及
[0005]BS EN IS013849-1:2008機械的安全控制系統(tǒng)中與安全有關(guān)的部件
[0006]BS EN61800-5-2定義了停止驅(qū)動電機運行的方法為“安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷”。這在標準BS EN61800-5-2 中定義為:
[0007]能夠引起電機旋轉(zhuǎn)(或者對于線性電機的移動)的電能沒有施加在電機上。PDS(SR)不會提供能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(或者對于線性電機的力)的電能給電機。其中I3DS(SR)為適用于和安全有關(guān)的應用中的可調(diào)速電力驅(qū)動系統(tǒng)。
[0008]滿足這些標準的一個常用方法是提供安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷(STO)功能，該功能可以阻止控制信號被傳輸至開關(guān)器件，從而阻止能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流的產(chǎn)生。為了滿足這些標準，STO需要具有高度的安全性。因此，STO功能必須具有內(nèi)置的失效保護機制。
[0009]所有現(xiàn)代交流電機驅(qū)動系統(tǒng)采用逆變器產(chǎn)生施加在電機上的可控交流電壓。
[0010]為了保持電機轉(zhuǎn)矩，需要對相應的功率半導體器件以一定順序進行持續(xù)協(xié)調(diào)的開關(guān)控制。若逆變器中的一個或多個功率半導體器件發(fā)生錯誤導通，這不會在電機中產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)矩。對于具有平(非突出)轉(zhuǎn)子的電機，逆變器中的一個功率半導體器件的任何故障均不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。對于具有永磁鐵和/或凸極轉(zhuǎn)子的電機，逆變器中一對功率半導體器件短路會引起短暫的調(diào)整轉(zhuǎn)矩，從而造成電機部分旋轉(zhuǎn)，然而該電流會迅速上升直到被保護裝置(例如熔斷器)或至少其中一個功率半導體器件破壞性失效所中斷。
[0011 ] 進一步，在連接到電網(wǎng)的發(fā)電逆變器應用中，當逆變器驅(qū)動變壓器而非電機時，該同樣的原理也適用。逆變器的功率半導體器件的錯誤導通不能夠在變壓器中產(chǎn)生交流磁通，因而不會在變壓器副邊產(chǎn)生持續(xù)輸出。換句話說，逆變器功率器件故障產(chǎn)生直流電流，該直流電不能通過變壓器傳輸因為變壓器依賴于交流電運行。
[0012]為了安全和可靠地控制這種逆變器，在逆變器的控制輸入端子間需要一個接口，該接口通常使用例如24V d.c.的邏輯信號，并且逆變器的功率半導體器件使逆變器具有較低的故障概率。
[0013]電磁繼電器被采用以為該接口提供必要的電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換。然而，繼電器相對具有相對較高的危險性失效概率，并且由于機械磨損，壽命相對短。這導致監(jiān)控電路在檢測故障條件時需要使用成對的繼電器。
[0014]最近，通過復雜的數(shù)字電子電路和可編程數(shù)字處理器來產(chǎn)生功率半導體控制信號以運行逆變器。這種方法不能提供所要求的危險性失效的低概率，因為大多數(shù)數(shù)字電路在任何邏輯狀態(tài)下具有同樣的失效概率。更進一步，數(shù)字電路和其功能的復雜性使其在運行時面臨各種不同的組合條件和各種不同的順序條件，因此該數(shù)字電路很難去可靠自信地展示其具有足夠低的危險性失效概率。例如，預測電路在變化的溫度條件下以及電路中不同器件的每個針腳的邏輯電平在各種可能的組合順序下如何反應是很困難的。
[0015]若復雜數(shù)字電子電路和可編程電路用于安全功能中，一般要至少使用2個具有故障或錯誤診斷和交叉檢查功能的獨立通道。這些系統(tǒng)也可以采用一個不受某個檢測到的特定故障影響的通道來使逆變器停止使用?？梢钥吹降氖?，盡管在這種系統(tǒng)中，需要提供一種不依賴于復雜電路的、能夠使逆變器停機的方法，從而獲得所要求的危險失效的較低概率。
[0016]因此，期望具有一個失效保護接口，特別針對逆變器使用，該接口具有簡單的電子元件并具有良好的故障模式定義。在這種接口中，期望元件故障以及元件故障的組合可產(chǎn)生失效保護。換句話說，對于逆變器未能提供所要求的波形的失效情況，則連接到逆變器的電機未被驅(qū)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明特征在于減輕上述一些問題。提供了一種防止輸入信號輸出的裝置，包括:信號控制單元，所述信號控制單元包括:
[0018]具有輸入端和輸出端的信號緩沖單元，所述信號緩沖單元用于上電時接收輸入信號并把該輸入信號傳輸?shù)捷敵龆?，其中所述信號緩沖單元的負電源端由第一電源供電；以及
[0019]升壓電路，用于升高所述第一電源的電壓，使升高的電壓高于所述第一電源的電壓，并向所述信號緩沖單元的正電源端提供所述第一電源的電壓或所述升高的電壓，其中
[0020]當所述升高的電壓被提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端時，所述信號緩沖單元上電；當所述第一電源的電壓被提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端時，所述信號緩沖單元不上電。
[0021 ] 上述裝置的所述升壓電路由第二電源驅(qū)動，并且所述升壓電路用于在所述第二電源關(guān)閉時向所述信號緩沖單元的所述正電源端提供所述第一電源的電壓，并在所述第二電源打開時向所述信號緩沖單元的所述正電源端輸出所述升高的電壓。
[0022]上述裝置的所述升壓電路是升壓轉(zhuǎn)換器。
[0023]上述裝置的所述升壓電路是具有開關(guān)元件的升壓轉(zhuǎn)換器，該開關(guān)元件由所述第二電源驅(qū)動的振蕩器電路進行開關(guān)控制。
[0024]上述裝置的所述振蕩器電路包括門檻電壓電路，用于在當所述振蕩器的驅(qū)動電壓低于所述第二電源的門檻電壓時，防止輸出開關(guān)元件的開關(guān)信號。
[0025]上述裝置還包括所述第二電源。
[0026]當所述第二電源從所述升壓電路斷開時，所述升壓電路可被阻止而不受所述第二電源驅(qū)動。[0027]上述裝置進一步包括所述第一電源。
[0028]上述裝置的所述信號緩沖單元包括兩個由不同IC組成的緩沖器，此兩個緩沖器串聯(lián)。
[0029]上述裝置進一步包括電壓監(jiān)控電路，用于檢測所述升壓電路提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端的電壓是否低于所述正電源端的門檻電壓，其中所述正電源端的門檻電壓在所述升高電壓與所述第一電源的電壓之間。
[0030]上述裝置的所述正電源端的門檻電壓高于或等于所述信號緩沖單元的最低工作電壓。
[0031]上述裝置的所述信號緩沖單元進一步包括開關(guān)裝置以防止輸入信號從所述信號緩沖單元的輸入端傳輸?shù)剿鲂盘柧彌_單元的輸出端，所述開關(guān)裝置可根據(jù)所述電壓監(jiān)控電路檢測到的所述信號緩沖單元的所述正電源端的供電電壓是否低于所述門檻電壓而進行開關(guān)動作。
[0032]上述裝置還包括依據(jù)所述信號控制單元提供的另一信號控制單元，該另一信號控制單元和所述信號控制單元串聯(lián)。
[0033]上述裝置的所述電壓監(jiān)控電路監(jiān)控兩個所述信號控制單元。
[0034]上述裝置的所述信號緩沖單元所接收的輸入信號是控制用于驅(qū)動電機的開關(guān)裝置開關(guān)動作的控制信號。
[0035]本發(fā)明還提供了一種為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置，包括:
[0036]根據(jù)第一控制信號產(chǎn)生第一輸出電壓的第一開關(guān)裝置，所述第一開關(guān)裝置由第一電源供電；
[0037]根據(jù)第二控制信號產(chǎn)生第二輸出電壓的第二開關(guān)裝置，其中第一控制信號和第二控制信號用于在不同時間分別對第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置進行開關(guān)動作；
[0038]儲能裝置，所述儲能裝置在所述第一開關(guān)裝置提供所述第一輸出電壓時被所述第一電源充電，并且在所述第二開關(guān)裝置提供所述第二輸出電壓時向所述第二開關(guān)裝置供電，以及
[0039]控制單元，用于通過阻止控制信號被傳輸?shù)降谝婚_關(guān)裝置來防止提供第一輸出電壓和第二輸出電壓。
[0040]上述裝置的所述第一開關(guān)裝置和所述第二開關(guān)裝置分別包括開關(guān)元件和驅(qū)動單元，每個驅(qū)動單元根據(jù)接收到的相應控制信號施加信號到相應的開關(guān)裝置的開關(guān)元件。
[0041]上述裝置的所述儲能裝置是一種自舉電路。
[0042]上述裝置的所述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓用于驅(qū)動電機。
[0043]上述裝置設置用于提供對應于三相電機驅(qū)動系統(tǒng)其中一相的輸出電壓。
[0044]上述裝置的所述控制單元是權(quán)利要求1到15中任何一個的裝置。
[0045]本發(fā)明還提供了一種電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括:
[0046]三相電機；以及
[0047]包括每相驅(qū)動裝置的驅(qū)動單元，其中根據(jù)前述權(quán)利要求16到21中任一裝置提供每相的驅(qū)動裝置。
[0048]上述電機驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于，進一步包括控制器，用于產(chǎn)生包括第一控制信號和第二控制信號的控制信號根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種防止輸入信號輸出的裝置。該裝置包括一個第一信號控制單元。該第一信號控制單元包括一個具有輸入端和輸出端的信號緩沖單元。信號緩沖單元用于上電時接收輸入信號并把該信號傳輸?shù)捷敵龆?。信號緩沖單元的負電源端由具有電壓的第一電源供電。信號控制單元更進一步包括升壓電路，該升壓電路用于升高第一電源的電壓使其高于第一電源的電壓并將第一電源的電壓或升高的電壓提供給信號緩沖單元的正電源端。當升高的電壓被提供給信號緩沖單元的正電源端時，信號緩沖單元上電，當?shù)谝浑娫炊说碾妷罕惶峁┙o信號緩沖單元的正電源端時，信號緩沖單元沒有上電。
[0049]信號緩沖單元可以是任何接收輸入信號并輸出輸入信號的單元。優(yōu)選地，信號緩沖單元是緩沖器。
[0050]升壓電路可由第二電源驅(qū)動，升壓電路可在第二電源關(guān)閉時提供第一電源的電壓給信號緩沖單元的正電源端，并在第二電源打開時輸出升高的電壓到信號緩沖單元的正電源端。升壓電路可以是一種升壓轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器有開關(guān)元件，該開關(guān)元件由第二電源驅(qū)動的振蕩器電路進行開關(guān)控制。
[0051]該振蕩器電路可包括一個門檻電壓電路用于在當振蕩器的驅(qū)動電壓低于第二電壓源的門檻電壓時，防止輸出開關(guān)元件的開關(guān)信號。
[0052]該裝置進一步包括第二電源。該裝置進一步包括第一電源。
[0053]更進一步，當?shù)诙妷涸春蜕龎弘娐窋嚅_時，可阻止升壓電路由第二電壓源驅(qū)動。該裝置進一步包括控制單元，用于斷開第二電壓源和升壓電路以防止第二電壓源驅(qū)動升壓電路。
[0054]信號緩沖單元包括兩個由不同IC組成的緩沖器。兩個緩沖器可串聯(lián)。
[0055]該裝置進一步包括一電壓監(jiān)控電路，用于檢測升壓電路提供給信號緩沖單元的正電源端的電壓是否低于正電源端的門檻電壓。正電源端的門檻電壓可位于升高電壓和第一電源的電壓之間。正電源端的門檻電壓可能高于或等于信號緩沖單元的最低工作電壓
[0056]信號緩沖單元進一步包括開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置可防止輸入信號從信號緩沖單元的輸入端被傳輸?shù)捷敵龆?。信號緩沖單元的開關(guān)裝置可根據(jù)電壓監(jiān)控電路檢測到的信號緩沖單元的正電源端的供電電壓是否低于門檻電壓而進行開關(guān)動作。
[0057]該裝置進一步包括第二信號控制單元，根據(jù)上述的第一信號控制單元提供該第二信號控制單元。該第二信號控制單元和上述的第一信號控制單元串聯(lián)。這樣，第一控制單元和第二控制單元串聯(lián)。
[0058]電壓監(jiān)控電路可監(jiān)控所述第一信號控制單元和第二信號控制單元。
[0059]信號緩沖單元所接收的輸入信號可以是控制用于驅(qū)動電機的開關(guān)裝置開關(guān)動作的控制信號。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種能夠產(chǎn)生用于驅(qū)動電機的輸出電壓的裝置。該裝置包括給第一控制信號提供第一輸出電壓的第一開關(guān)裝置，該第一開關(guān)裝置由第一電源供電。該裝置還包括第二開關(guān)裝置，用于給第二控制信號提供第二輸出電壓。第一控制信號和第二控制信號可在不同時間分別對第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置進行開關(guān)動作。進一步，該裝置包括一儲能裝置，在第一開關(guān)裝置提供第一輸出電壓時，該儲能裝置由第一電源充電，在第二開關(guān)裝置提供第二輸出電壓時，該儲能裝置給第二開關(guān)裝置供電。另外，該儲能裝置包括一控制單元，用于通過阻止控制信號被傳輸?shù)降谝婚_關(guān)裝置來防止提供第一輸出電壓和第二輸出電壓。
[0061]第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置各包括開關(guān)元件和驅(qū)動單元。每個驅(qū)動單元根據(jù)接收到的相應的控制信號施加信號到相應的開關(guān)裝置的開關(guān)元件。
[0062]儲能裝置可以是一自舉電路。
[0063]第一輸出電壓和第二輸出電壓可用于驅(qū)動電機。
[0064]該裝置可用于給三相電機驅(qū)動系統(tǒng)中的相對應的一相提供輸出電壓。
[0065]該控制單元可以是本文所描述的任一裝置。特別的，該控制單元可以是本文中可防止輸入信號被輸出的任一裝置。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供包括三相電機的電機驅(qū)動系統(tǒng)和包括每相驅(qū)動裝置的驅(qū)動單元?？筛鶕?jù)任何能夠提供驅(qū)動電機用的輸出電壓的裝置來提供每相的驅(qū)動裝置。
[0067]電機驅(qū)動系統(tǒng)進一步包括控制器，用于產(chǎn)生包括第一控制信號和第二控制信號的控制信號。
[0068]本發(fā)明還試圖提供一種能夠提供失效保護功能的低成本系統(tǒng)。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的一方面，上端IGBT門極驅(qū)動器由自舉電路供電。因此，若相關(guān)的下端IGBT沒有導通，則該上端IGBT不能導通并且，由于自舉電路電容失去存儲電能，使得該下端IGBT停止開關(guān)動作，因此該上端IGBT會在短時間內(nèi)失去其電源。該方法允許使用簡單的STO電路，其中當STO啟用時，只有下端IGBT的開關(guān)動作被阻止。這樣，元件的數(shù)量和STO的成本會被降低。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電源板控制電源的系統(tǒng)，S卩，包括3個逆變器下端IGBT門極驅(qū)動電源，以直流母線負端為參考地。因此無需在處理器門極脈沖輸出信號和3個逆變器下端IGBT門極驅(qū)動之間做電流隔離。
[0071]在本發(fā)明的至少一個方面，當STO被啟用，該STO可防止下端IGBT的處理器門極脈沖輸出信號被傳輸?shù)絀GBT門極驅(qū)動的輸入端。這可通過在控制信號路徑上插入緩沖器來實現(xiàn)。該緩沖器可以被控制以在STO未啟用時傳輸信號并在STO啟用時阻止信號傳輸。可通過串聯(lián)連接兩個緩沖器來通過兩個STO通道。提供兩個STO通道使提供STO輸入信號的外部安全電路能夠采用自檢功能，即它們在每次上電時可檢測故障，該故障能夠觸發(fā)發(fā)送虛假的停止信號給ST0。若檢測到該故障，則第二個STO通道可被用于安全禁用驅(qū)動單元以對故障進行維修。
[0072]該發(fā)明采用冗余電路使得在妥協(xié)STO的安全完整性時防止產(chǎn)生不安全的元件失效。
[0073]根據(jù)發(fā)明的失效保護，可采用非隔離緩沖器來給STO傳輸/阻止逆變器IGBT脈沖。
[0074]本發(fā)明提供以下益處:
[0075]1.信號傳輸延遲對逆變器下端IGBT的開通和關(guān)斷影響很小，即<200ns.該延遲很短，應對該延遲時，無需對處理器的脈沖發(fā)生器采取任何措施。
[0076]2.這種設計本質(zhì)上很安全且大多數(shù)元件故障可以通過關(guān)閉逆變器解決。否則，可采用冗余的方式以獲得很低的危險性失效率，該故障率很低以至于無需做故障分析。安全性如此高,可以去掉通常所需的電磁繼電器。
[0077]3.硬件元件數(shù)量比之前的設計要少，從而具有更低的物料成本。[0078]4.該電路拓撲可以很容易具有STO的雙通功能。若無需ST0，可插拔STO卡可以被很簡單的雙通卡取代，該雙通卡由一個連接器和一個很小的PCB組成，無其它元件。若采用ST0，雙通卡連接STO卡的輸入信號到STO卡的輸出。這允許使用更低成本的無STO方案，該方案在驅(qū)動器的最終裝配中被配置。驅(qū)動器的控制軟件在STO和非STO變量之間是相同的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0079]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施例:
[0080]圖1給出了一種具有針對三相驅(qū)動系統(tǒng)中其中一相的失效保護功能的驅(qū)動電路；
[0081]圖2是完整電機驅(qū)動器的方框圖，突出顯示了圖1所示的STO單元的安全電路；
[0082]圖3提供了圖1和圖2所示的STO單元的詳細方框圖；
[0083]圖4給出了組成圖3所示的STO單元一部分的升壓轉(zhuǎn)換器；
[0084]圖5給出了適用于驅(qū)動圖4所示的升壓轉(zhuǎn)換器的簡單振蕩器電路；
[0085]圖6給出了另外一種用于驅(qū)動圖4所示的升壓轉(zhuǎn)換器的振蕩器電路；
[0086]圖7顯示了三個逆變器通道的其中一個通道的STO通道I電平轉(zhuǎn)換器的電路和圖3所示的STO通道I緩沖器；
[0087]圖8顯示了三個逆變器通道的其中一個通道的STO通道2電平轉(zhuǎn)換器的電路和圖3所示的STO通道2緩沖器；
[0088]圖9顯示了一種監(jiān)控電路的電路圖；
[0089]圖10顯示了 STO通道I的脈沖嵌位電路的電路圖；以及
[0090]圖11顯示了 STO通道2的脈沖嵌位電路的電路圖。
[0091 ] 在整個說明和附圖中，參考序號和相應部件對應。
【具體實施方式】
[0092]通過參照附圖示例說明【具體實施方式】，其中:
[0093]圖1給出了一種驅(qū)動電路10，該驅(qū)動電路具有針對三相驅(qū)動系統(tǒng)中其中一相的失效保護功能。特別地，圖1的系統(tǒng)和三相電機驅(qū)動系統(tǒng)中的其中一相關(guān)聯(lián)，該系統(tǒng)具有三個原邊或上端晶體管以及三個副邊或下端晶體管；每個上端和下端晶體管都成對設置。圖1給出了第一相的上端晶體管I和下端晶體管2。晶體管的門極由微處理器3產(chǎn)生的控制信號驅(qū)動。這里不討論以產(chǎn)生電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為目的的控制信號的產(chǎn)生和晶體管的開關(guān)動作，因為該功能在業(yè)界廣為人知。更進一步，這里僅僅解釋三相中一相，因為其它相和第一相相同，無需重復描述。
[0094]微處理器3產(chǎn)生控制信號以控制下端晶體管2的運行，該控制信號首先通過安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷(STO)單元4。STO單元4用于在需要的情況下阻止該控制信號的傳輸，這將在后面詳述，例如，當電機在被施加轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生危險的情況下，需要阻止電機工作。STO的輸出把控制信號輸入到下端IGBT門極驅(qū)動器5，該驅(qū)動器會放大控制信號到適于驅(qū)動下端晶體管2門極的電壓水平。一般情況下，門極和發(fā)射機之間的電壓為+16V時，可開通晶體管。當下端晶體管的門極開通時，功率可以從集電極傳輸?shù)桨l(fā)射極以驅(qū)動電機。
[0095]以同樣的方法控制下端晶體管2，上端晶體管I由微處理器3產(chǎn)生的控制信號控制。該控制信號首先通過一個光隔離單元6。該光隔離單元6實現(xiàn)控制信號(以電源端為參考)和上端晶體管門極驅(qū)動器(以上端晶體管發(fā)射極(E)端為參考)之間的電平轉(zhuǎn)換。光隔離單元6的信號輸出然后被傳輸?shù)缴隙薎GBT門極驅(qū)動器7，該驅(qū)動器放大控制信號到適于驅(qū)動上端晶體管I門極的電壓水平。當上端晶體管I的門極開通時，電能可從集電極傳輸?shù)桨l(fā)射極以驅(qū)動電機。此時，下端晶體管2由于微處理器為給電機提供正弦電壓而產(chǎn)生的開關(guān)脈沖而關(guān)閉。下端IGBT門極驅(qū)動器5由電源8供電，該電源連接到下端IGBT門極驅(qū)動器5的正負端子。上端IGBT門極驅(qū)動器7由一自舉電路9供電，該自舉電路包括二極管91和電容92。二極管91的陽極連接電源8的正極而其陰極連接上端IGBT門極驅(qū)動器7的正端和電容92的第一極板。電容92的第二極板連接到上端IGBT門極驅(qū)動器7負端，并連接到連接上端晶體管I發(fā)射極到下端晶體管2集電極的節(jié)點。當下端晶體管2導通時，電流從電源8通過二極管91和下端晶體管2以給電容92充電。當下端晶體管2關(guān)閉時，上端晶體管門極驅(qū)動器7由電容92供電。當上端晶體管I導通時，二極管91被阻斷。逆變器的控制通過控制下端晶體管2的開關(guān)動作具有足夠低的周期性來保持電容92中的儲能。
[0096]為保持電機轉(zhuǎn)矩，要求對上端晶體管和下端晶體管以一定順序進行持續(xù)、協(xié)調(diào)的開關(guān)動作。因此，在圖1的方案中，只有下端晶體管2的控制信號通信線需要有STO單元4，因為可防止下端晶體管2導通，也可以防止上端晶體管I導通，也可防止電容92充電，從而防止上端IGBT門極驅(qū)動器供電以對上端晶體管I進行開關(guān)動作。該方案降低了 STO電路的復雜性，從而降低了 STO電路的成本，因為只需要一個STO電路用于2個晶體管中的一個晶體管即可防止2個晶體管工作。
[0097]圖2是方框圖，突出顯示了圖1所示的STO單元4的安全電路?？梢钥闯鰣D1所示的STO單元4位于微處理器3和IGBT逆變器11之間，這也是上端門極驅(qū)動器5和下端門極驅(qū)動器7以及上端晶體管I和下端晶體管I的布局。圖2示出了微處理器如何包括一用戶接口 12以使用戶可以控制微處理器3的運行。更進一步，圖2顯示了 IGBT逆變器的供電電源具有輸入整流器13，把3相交流電整流成直流電，在整流器13和IGBT逆變器11之間有電容14以提供平滑的直流電壓并進行本地能量存儲以實施IGBT逆變器11的逆變功能。IGBT逆變器然后在微處理器3的控制下輸出合成電壓以控制三相電機15。
[0098]STO單元4包括兩個相同環(huán)節(jié)，分別具有使第一通道緩沖器42通過或阻止控制信號的第一 STO通道單元41，以及控制第二通道緩沖器44通過或阻止控制信號的第二 STO通道單元43。第一 STO通道單元和第二 STO通道單元由用戶控制信號控制。用戶控制信號一般來自外部安全控制設備，比如可編程邏輯控制器(PLC)，外部安全設備具有自己的電壓源，以及輸入和返回路徑。提供2個STO通道，使外部安全設備使用自檢功能，這里該外部安全設備在每次上電時可檢查和檢測故障，該故障可向STO發(fā)送虛假的停止信號。若檢測到故障，所述第二 STO通道可安全地禁用驅(qū)動器直到采取補救措施來進行故障維修。
[0099]圖3給出了 STO單元4的詳細示意圖?？梢钥闯鑫⑻幚砥?輸出控制信號，每個控制信號的電平被電平轉(zhuǎn)換器45轉(zhuǎn)換成適于輸入到緩沖器42的電平。當緩沖器42處于使控制信號可以通過的狀態(tài)時，控制信號然后通過下一個串聯(lián)的電平轉(zhuǎn)換器46，然后進入到下一個緩沖器44，當緩沖器44處于使控制信號可以通過的狀態(tài)時，控制信號輸出到輸出驅(qū)動器47。因此，若緩沖器串聯(lián)起來，若由于運行故障或外部安全電路控制STO輸入時的故障導致其中一個緩沖器在不該傳輸控制信號時使控制信號通過，則另一個緩沖器會阻止該控制信號傳輸?shù)捷敵鲵?qū)動器。該雙重信號流阻止機制是STO單元4的一種失效保護功能。
[0100]每個緩沖器42，44的負電源端連接到微處理器的電源正極。緩沖器42和緩沖器44的正電源端分別連接到對應的STO通道單元41和STO通道單元43，并分別為緩沖器42和緩沖器44的正端提供升壓的電源。STO通道單元41以及STO通道單元43可以通過不為緩沖器42和緩沖器44的正端提供升壓電源的方式阻止相應的緩沖器通過控制信號。緩沖器在未接收到來自STO通道單元41和STO通道單元43的情況下不會把信號從輸入端傳輸?shù)捷敵龆?。STO通道單元是否輸出升壓電源給緩沖器42和緩沖器44由輸入信號控制，該輸入信號可在檢測到危險的情況下由用戶輸入或自動輸入。
[0101]當通道I用戶STO輸入連接到24V時，STO單元41為通道I產(chǎn)生正升壓電源，該電壓比微處理器控制電源電壓(也是3.3V)高出3.3V，使得脈沖門極電路或緩沖器42可把微處理器3產(chǎn)生的IGBT門極控制脈沖傳輸?shù)降诙?STO通道。當要求安全狀態(tài)時，即，用戶STO輸入為開路或連接到0V，STO單元41不能產(chǎn)生升壓電源并且電源電壓跌落到和微處理器控制電源電壓相同的水平。無論微處理器3的需求是什么，STO通道2電路不能夠接收來自通道I電路的IGBT門極控制脈沖。結(jié)果是，下端IGBT未能在微處理器的控制下進行開關(guān)動作。第二通道和第一通道的功能類似，除了當用戶STO輸入連接到24V時，STO單元43為通道2產(chǎn)生正升壓電源，該正升壓電源的電壓比微處理器控制電源電壓高3.3V。
[0102]注意STO輸入/返回信號和+6.6V的電源隔離。這可為驅(qū)動器主功率電路提供隔離。
[0103]下面參考圖4詳細介紹第一 STO通道單元41的功能，圖4顯示了第一 STO通道單元的電路。優(yōu)選地，第二 STO通道單元和第一 STO通道單元具有相同功能。
[0104]圖4給出一種升壓轉(zhuǎn)換器的電路。該電路的電源來自驅(qū)動器微處理器和相關(guān)接口的3.3V控制電源411。3.3V電源的OV端和給逆變器供電的主整流器的直流輸出負電源端連接。晶體管413根據(jù)施加在其門極的控制信號進行開關(guān)振蕩。當晶體管413導通時，電源411的能量被存儲在電感412中。當晶體管413關(guān)斷時，存儲在電感412中的電能又通過二極管414被釋放，而該電能又存儲在電容415中。存儲在電容中的電能也給輸出供電，該電容和輸出負載(即緩沖器42的正電源)并聯(lián)。結(jié)果，輸入電壓從3.3V升高到6.6V。
[0105]因此，如圖4所示，STO通道單元41也包括振蕩器和升壓電路，振蕩器以合理的固定頻率和占空比控制晶體管413的開關(guān)動作，從而給負載，即緩沖器提供合理的恒定功率。
[0106]圖5給出了一種振蕩器416的簡單電路，該振蕩器416可用來驅(qū)動晶體管413。圖5的電路是一種穩(wěn)定的多振蕩器，采用2個由電壓源417供電的NPN雙極晶體管。該電壓源417和為系統(tǒng)中其它元件供電的電壓源不同。該振蕩器是一種標準的振蕩器電路，因此這里不在詳述其工作原理。
[0107]圖6顯示了一用于驅(qū)動晶體管413的另一先進的振蕩器電路。該振蕩器具有不同特征，可改善安全性并且在安全性因素比較重要的情況下，它比圖5所示的簡單電路更有優(yōu)勢。
[0108]提供了一個由齊納二極管D3和DlO組成的門檻電壓電路，該電路被防止在晶體管Ql和Q2的基極。當電源電壓417低于門檻電壓時，這些齊納二極管可停止振蕩器。該門檻電壓水平必須大于無振蕩情況下的STO輸入的最低電壓，該電壓由相關(guān)安全標準定義。[0109]振蕩器416的電源電壓417是來自外部安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路的輸入信號。外部安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路一般是一種具有合適輸出接口的安全PLC。齊納二極管D6和齊納二極管D7用于監(jiān)控齊納二極管D3和齊納二極管DlO的電壓。若D3或DlO在低電壓失效，則會影響STO的安全。這可以由D7、R10以及Q6、或D6、R9和Q3組成的電路檢測到。若齊納二極管DlO或齊納二極管D3的電壓低，則晶體管Q6或晶體管Q3將被關(guān)斷。這會造成振蕩器在電源電壓417的任何值都不會工作，因為晶體管Q6和晶體管Q3未給晶體管Q5和Q4提供門極驅(qū)動電壓。晶體管Q4和Q5必須開通以連接振蕩器晶體管Ql發(fā)射極到電源417的OV端，以允許振蕩發(fā)生。在晶體管Q4和Q5的門極驅(qū)動再加2個齊納二極管可增強安全性。齊納二極管D13和D9直到電源電壓417高于在無振蕩情況下STO輸入的最低電壓時才導通。通過把齊納二極管Dll和光隔離器UlLED串聯(lián)可進一步提高安全性。
[0110]考慮到上述所有的附加安全措施，需要5個元件失效才能導致振蕩器在電源電壓417低于在無振蕩情況下STO輸入的最低電壓時產(chǎn)生振蕩,該最低電壓在相關(guān)安全標準中定義。這樣STO的不安全條件的發(fā)生概率，即在電源電壓417 (=STO輸入電壓)低于在無振蕩情況下的由相關(guān)安全標準定義的最低電壓時產(chǎn)生振蕩，會很低，低到無需在失效模式和效果分析中考慮，就可以展示出其具有足夠的安全完整性。
[0111]當電源電壓417低于相關(guān)安全標準定義的電壓時，振蕩器的功能失效，結(jié)果升壓電路的晶體管413無法進行開關(guān)動作，因為它由圖6中振蕩器的輸出端的光隔離器Ul的輸出端驅(qū)動，無法輸出升高的電壓，緩沖器沒有供電電源從而無法傳輸任何控制信號。
[0112]在振蕩器416和STO電路4的其它部分之間要求隔離，該部分和逆變器功率電路的負電源端連接。該隔離由振蕩器輸出端的光隔離器Ui提供。
[0113]采用由STO通道單元41和STO通道單元43提供的升高電壓(即>3.3V)的基本安全方面是該電壓不得在安 全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷電路的其它部分出現(xiàn)。因此，若升壓電路停止工作，在故障情況下連接電路板的兩點時，從其它電源連接到脈沖門極電路的電壓不可能>3.3V。換句話說，采用開關(guān)升壓電源具有以下安全益處:
[0114].不會產(chǎn)生升壓輸出，除非振蕩器驅(qū)動輸入工作。
[0115].若無振蕩器輸入驅(qū)動信號，開關(guān)模式電路內(nèi)的元件失效不會導致輸出電壓高于+3.3V_PWR輸入電壓。
[0116]?若輸出電壓低于+3.3V_PWR輸入電壓，米用升壓輸出作為供電電源的PWM門極電路不會把PWM門極信號傳輸?shù)絀GBT門極驅(qū)動器。
[0117]現(xiàn)在詳述緩沖器42和44的工作原理。
[0118]如同已經(jīng)討論的，緩沖器42和緩沖器44的基本原理是微處理器3產(chǎn)生的控制信號對應的開關(guān)邏輯輸入信號在升高的電壓施加在2個STO通道時，被傳輸?shù)降诙€緩沖器44的輸出端。要求低的傳輸延遲以防止控制信號在被傳輸?shù)较露碎T極驅(qū)動器5之前產(chǎn)生失真。
[0119]用于緩沖器42和緩沖器44的完整電路中的反向緩沖器集成電路(IC)是標準電路，因此這里不再詳述。要求具有額外的電路以減少緩沖器42或緩沖器44產(chǎn)生錯誤的概率，該錯誤會影響STO單元4的安全要求。例如，反向緩沖器IC的一個特定故障模式風險是輸入到輸出的短路。很明顯，該短路甚至在反向緩沖器IC無電源的情況下都可以傳輸控制信號。[0120]圖7顯示了 3個逆變器通道的其中一個的電平轉(zhuǎn)換器45電路和緩沖器42。來自微處理器3的逆變器門極脈沖被輸入到通道1，100的輸入端的電平轉(zhuǎn)換器45。該電平轉(zhuǎn)換器包括電阻R110、R108和R109以及npn晶體管Q105。來自微處理器3的O到+3.3V信號被轉(zhuǎn)換成+3.3V和+6.6V之間的開關(guān)信號。兩個串聯(lián)的反向緩沖器IC的UlOl和U105被用來把電平轉(zhuǎn)換器的輸出信號輸入到輸出端150。UlOl和U105由圖3的緩沖器42表示。反向緩沖器IC的UlOl和U105的正電源端連接到通道16.6V并且它們的地線連接到微處理器3的+3.3V電源。因此，若無升壓電源通道16.6V，則不會傳輸門極脈沖信號。這是該電路的主要功能。
[0121]為了提供在元件失效時的高安全完整性，必須考慮所有失效模式。對于電平轉(zhuǎn)換器45和緩沖器42，只需解決一種失效模式:
[0122]兩個反向緩沖器IC的UlOl和U105串聯(lián)連接并且它們必須來自不同的集成電路以消除BS EN61800-5-2:2007故障表中所包括的特定失效模式:“任何兩個連接之間的短路”。若采用單個非反向緩沖器1C，且其在輸入和輸出短路時失效，當升壓電源未給電路供電時，周邊元件針對某個信號的失效模式可能出現(xiàn)在輸出側(cè)。采用來自不同的集成電路的兩個串聯(lián)的反向緩沖器IC可消除非反向緩沖器的單個失效。另外，它具有暴露第一個失效的益處，這樣不會發(fā)生累積的非暴露的故障(例如，第二個反向緩沖器由于輸入和輸出短路而失效)。這是因為若IGBT逆變器的下端開關(guān)的PWM信號反向，這在其中一個反向緩沖器的輸入和輸出短路時會發(fā)生，圖1中的上端和下端逆變器IGBTl和IGBT2將會同時導通。當檢測到硬件過流時控制會鎖存驅(qū)動。
[0123]電平轉(zhuǎn)換器46、緩沖器44和輸出驅(qū)動器47的電路在圖8中給出。來自通道I緩沖器42的逆變器門極脈沖被輸入到通道2輸入端200的電平轉(zhuǎn)換器46中。該信號在+3.3V和+6.6V之間振蕩。電平轉(zhuǎn)換器46的設計主要受以下要求影響:單個元件失效不會導致通道2的升壓端通過電平轉(zhuǎn)換器46被充電。若STO被啟用，STO通道2沒有升壓是一種有效的條件，但通道I的外部STO電路的故障防止STO信號從通道I輸入端被消除:
[0124]npn晶體管Q201提供反向。當通道I的第二反向緩沖器IC為高時，該晶體管處于導通狀態(tài)，相應的來自微處理器3的門極輸入信號為低(=逆變器IGBT OFF)。當通道I的第二反向緩沖器IC為低時，齊納二極管D204阻斷且Q201關(guān)斷，相應的來自微處理器3的門極輸入信號為高(=逆變器IGBT 0N)。
[0125]電容C202用于快速關(guān)斷Q201。
[0126]齊納二極管D205和二極管D203對于電平轉(zhuǎn)換器的功能是不必要的，但可用作第二層和第三層保障，即在通道2的升壓端通過通道I的輸出電路充電之前它們必須按照一定的模式失效。
[0127]若下面所有失效都發(fā)生(通道2的升壓端可通過電平轉(zhuǎn)換器46充電)，有可能會發(fā)生STO安全功能失效:
[0128]1.齊納二極管D204短路或低壓失效或電容C202發(fā)生短路失效。
[0129]2.齊納二極管D205開路或高壓失效。
[0130]3.二極管D203短路失效。
[0131]若上述三種失效都發(fā)生，當通道I的第二反向緩沖器IC的輸出為高時，Q201基極 集電極結(jié)正向偏置并且STO通道2的升壓端的濾波電容可通過電阻R204充電。[0132]考慮到采用附加元件D205和D203來增強上述的安全完整性，STO通道2的升壓端的濾波電容可通過電阻R204充電前需要有3個元件失效。這會使STO的非安全條件非常低，低到無需考慮做失效模式和效果分析來證明足夠的安全性。
[0133]緩沖器46包括一個反向逆變緩沖器IC U204。U204的正電源端連接到通道26.6V且其地線連接到微處理器3的+3.3V電源。因此，若無升壓電源，通道26.6V，則門極脈沖信號不會被傳輸。這是該電路的主要功能。
[0134]電平轉(zhuǎn)換器46中的Q201提供反向。因此，當來自微處理器3的門極輸入信號到電平轉(zhuǎn)換器45為高時(=逆變器IGBT ON), U204輸出為+3.3V。
[0135]對于通道I緩沖電路，當評估通道2緩沖器的安全完整性時必須考慮所有失效模式。在通道2緩沖器中，單個反向緩沖器IC被用來通過/阻止門極脈沖。這種會導致反向緩沖器IC輸入和輸出短路的失效模式可通過反向下端晶體管2的門極信號來實現(xiàn)。這會導致逆變器相關(guān)相的上端I晶體管和下端2晶體管同時導通，可通過防止逆變器運行來暴露該失效，或通過檢測到大電流來判斷故障產(chǎn)生，從而停止逆變器，若電流檢測失敗，則破壞逆變器IGBT或熔斷驅(qū)動器電源熔絲或斷開斷路器。
[0136]U204 (緩沖器44)輸出連接到輸出驅(qū)動器47，設計有一種電路，該電路和位于下端逆變器IGBT門極驅(qū)動器5的輸入端的N溝道MOSFET連接。當緩沖器46的輸出為低時(=+3.3V)，Q202導通Q211關(guān)斷，對應于來自微處理器3的、到電平轉(zhuǎn)換器45的門極輸入信號為高(=逆變器IGBT 0N)。
[0137]當緩沖器46的輸出為高時(=+6.6V)，Q202關(guān)斷Q211導通，對應于來自微處理器3的、到電平轉(zhuǎn)換器45的門極輸入信號為低(=逆變器IGBT OFF)。采用npn晶體管Q211可主動拉低輸出電壓，確保η-溝道MOSFET在門極驅(qū)動輸入端快速關(guān)斷。它同時在IGBT關(guān)斷狀態(tài)提供低阻抗以保護防止由于電磁干擾造成的可能的誤導通。
[0138]圖8所示的電路節(jié)點脈沖嵌位ls300和脈沖嵌位2s400分別用于開通晶體管Q201和晶體管Q211。這些輸入的功能描述如下:
[0139]當STO電路停止傳輸控制信號到逆變器IGBT的門極驅(qū)動器(5和7)時，為確保安全停止電機，提供一種升壓監(jiān)控電路。若該監(jiān)控電路未被使用當反向緩沖器IC的供電電壓下降且通過一種未知特性區(qū)域時，微處理器產(chǎn)生的控制信號在微處理器完全停止產(chǎn)生輸出信號前將會由反向緩沖器IC的不可預測的特性修改。這將會導致逆變器上端IIGBT和下端2IGBT同時導通的風險，驅(qū)動器將會由于檢測到大電流而跳閘。
[0140]圖9所示的監(jiān)控電路可監(jiān)控圖4中的升壓電路所產(chǎn)生的電壓。特別地，監(jiān)控電路可檢測到升高的電壓跌落到3.3V和6.6V之間的電壓值。該電壓值可設置為剛剛高于反向緩沖器IC開始正常工作的數(shù)值，即它們的最低供電電壓。因此，監(jiān)控電路比較該電壓和預先定義的最低工作電壓，該最低工作電壓被設置為門檻電壓，若測量電壓低于該門檻電壓，該監(jiān)控電路確定下端逆變器IGBTl將被關(guān)斷。
[0141]圖9給出了監(jiān)控電路500的電路圖。該監(jiān)控電路被復制并用于監(jiān)控每個STO通道的升壓(+6.6V)電源。當升高的電壓超出5.1V時，精密電壓調(diào)節(jié)器U502被電阻R531和R505偏置并被啟用。當超出該電壓時，晶體管Q520硬開通。這樣，當升高的電壓超出5.1V時，Q520的集電極電壓幾乎和升高的電壓相同。二極管D501和D502以及電阻R502組成一電路，當Q520導通時，該電路輸出3.3V作為“升壓端正?！毙盘?02，當Q520關(guān)斷時，該電路輸出ον?！吧龎憾苏！毙盘?02被發(fā)送到微處理器3，該微處理器然后監(jiān)控升壓端的狀態(tài)并作出相應響應。第二個輸出，“取消嵌位”501被輸入到脈沖嵌位電路，如下所討論的。
[0142]當監(jiān)控電路檢測到升高的電壓水平跌落到防止緩沖器實施正常功能的水平時，采用一種脈沖嵌位電路來強制緩沖器的每個輸出到把下端逆變器IGBTl關(guān)斷的狀態(tài)。這是硬件提供的第二層控制以支持微處理器提供的正?？刂乒δ?。脈沖嵌位電路在當升高的電壓被監(jiān)控電路檢測為低時，即低于特定的門檻電壓時經(jīng)過一段延時后被啟用。該延時可用來給微處理器3足夠的時間進行響應以可控的方式停止逆變器。若微處理器3因任何原因不再響應，當由于STO的電源(升壓)處于O和正常工作最低電壓之間的區(qū)域而導致STO的緩沖器工作異常時，脈沖嵌位將停止下端逆變器IGBT開關(guān)動作并防止任何由于上下逆變器IGBT同時導通而造成的硬件失效風險。這樣，該延時用于啟用硬件脈沖嵌位控制以停止逆變器。延時的選擇要足夠長以允許處理器根據(jù)監(jiān)控電路的反饋信號進行響應并關(guān)斷晶體管I和晶體管2。該延時也要足夠短從而可在反向緩沖器IC由于其電源電壓下降并進入未知性能區(qū)域時而產(chǎn)生異常前把晶體管2的門極脈沖嵌位到關(guān)閉。
[0143]圖10給出了 STO通道I的脈沖嵌位電路300的電路圖?！叭∠段弧毙盘?01由圖9中的監(jiān)控電路產(chǎn)生。若該信號被關(guān)閉(意味著通道16.6V端電壓低于緩沖器可靠工作的最低電壓)，晶體管Q301在一定延時后會導通，該延時由電容C301和電阻R301的數(shù)值確定。當晶體管Q301導通時，它將施加+3.3V電源到3個二極管D301、D302和D303的陽極。3個二極管D301、D302和D303的陰極連接到圖8所示的標記為“脈沖嵌位I” s300的點。晶體管Q301導通的效果是開通了電平轉(zhuǎn)換器45的npn晶體管，從而關(guān)斷下端逆變器晶體管2。在逆變器正常運行時，二極管D301、D302和D303防止每一級的電平轉(zhuǎn)換器的門極信號互連。注意圖8在三相逆變器電路中重復了三次。因此，在圖10的脈沖嵌位電路中使用3個二極管。
[0144]圖11給出了 STO通道2的脈沖嵌位電路400的電路圖?！叭∠段弧?01信號由圖9的監(jiān)控電路產(chǎn)生。若該信號被關(guān)閉(意味著通道26.6V電壓低于緩沖器可靠運行的最低電壓)，晶體管Q402將在一定延時后開通，該延時由電容C402和電阻R403的數(shù)值確定。當晶體管Q402導通時，它通過串聯(lián)電阻R405、R406和R407施加+3.3V電源到3個二極管D404、D405和D406的陽極。3個二極管D404、D405和D406的陰極連接到圖8中標記有“脈沖嵌位2”的節(jié)點。晶體管Q402導通的效果是開通了電平轉(zhuǎn)換器46的npn晶體管，從而關(guān)斷下端逆變器晶體管2。在逆變器正常運行時，二極管D404、D405和D406防止每一級的電平轉(zhuǎn)換器的門極信號互連。電阻R405、R406和R407確保平均電流以驅(qū)動三相的三個緩沖器46中的npn晶體管的基極。注意圖8在三相逆變器電路中重復了三次，因此，在圖11的脈沖嵌位電路中使用3個二極管。
[0145]需要注意安全特征和可靠性特征的區(qū)別。失效模式分析的策略是分析元件失效針對安全功能的效果，即不考慮對其它功能的效果。例如，IGBT門極脈沖嵌位電路被用來克服某些特定異常情況，這種異常情況會造成逆變器錯誤運行。IGBT門極脈沖嵌位電路無需實現(xiàn)安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷的安全性。安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷的性能不能下降(即，電機不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩)，甚至在所有附加的保證驅(qū)動器正常運行的功能(即監(jiān)控電路和脈沖嵌位電路)故障并導致其完全失效的情況下。
[0146]ST04在單獨的電路板上，該電路板在驅(qū)動器的一個單獨的部分以提供可靠性。
【權(quán)利要求】
1.防止輸入信號輸出的裝置，其特征在于，包括:信號控制單元，所述信號控制單元包括: 具有輸入端和輸出端的信號緩沖單元，所述信號緩沖單元用于上電時接收輸入信號并把該輸入信號傳輸?shù)捷敵龆?，其中所述信號緩沖單兀的負電源端由第一電源供電；以及升壓電路，用于升高所述第一電源的電壓，使升高的電壓高于所述第一電源的電壓，并向所述信號緩沖單元的正電源端提供所述第一電源的電壓或所述升高的電壓，其中 當所述升高的電壓被提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端時，所述信號緩沖單元上電；當所述第一電源的電壓被提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端時，所述信號緩沖單元不上電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述升壓電路由第二電源驅(qū)動，并且所述升壓電路用于在所述第二電源關(guān)閉時向所述信號緩沖單元的所述正電源端提供所述第一電源的電壓，并在所述第二電源打開時向所述信號緩沖單元的所述正電源端輸出所述升高的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述升壓電路是升壓轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述升壓電路是具有開關(guān)元件的升壓轉(zhuǎn)換器，該開關(guān)元件由所述第二電源驅(qū)動的振蕩器電路進行開關(guān)控制。
5.根據(jù)權(quán)利 要求4所述的裝置，其特征在于，所述振蕩器電路包括門檻電壓電路，用于在當所述振蕩器的驅(qū)動電壓低于所述第二電源的門檻電壓時，防止輸出開關(guān)元件的開關(guān)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括所述第二電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一所述的裝置，其特征在于，當所述第二電源從所述升壓電路斷開時，所述升壓電路可被阻止而不受所述第二電源驅(qū)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括所述第一電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一所述的裝置，其特征在于，所述信號緩沖單元包括兩個由不同IC組成的緩沖器，此兩個緩沖器串聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一所述的裝置，其特征在于，該裝置進一步包括電壓監(jiān)控電路，用于檢測所述升壓電路提供給所述信號緩沖單元的所述正電源端的電壓是否低于所述正電源端的門檻電壓，其中所述正電源端的門檻電壓在所述升高電壓與所述第一電源的電壓之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述正電源端的門檻電壓高于或等于所述信號緩沖單元的最低工作電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述信號緩沖單元進一步包括開關(guān)裝置以防止輸入信號從所述信號緩沖單元的輸入端傳輸?shù)剿鲂盘柧彌_單元的輸出端，所述開關(guān)裝置可根據(jù)所述電壓監(jiān)控電路檢測到的所述信號緩沖單元的所述正電源端的供電電壓是否低于所述門檻電壓而進行開關(guān)動作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括依據(jù)所述信號控制單元提供的另一信號控制單元，該另一信號控制單元和所述信號控制單元串聯(lián)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述電壓監(jiān)控電路監(jiān)控兩個所述信號控制單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述信號緩沖單元所接收的輸入信號是控制用于驅(qū)動電機的開關(guān)裝置開關(guān)動作的控制信號。
16.為驅(qū)動電機提供輸出電壓的裝置，其特征在于，包括: 根據(jù)第一控制信號產(chǎn)生第一輸出電壓的第一開關(guān)裝置，所述第一開關(guān)裝置由第一電源供電； 根據(jù)第二控制信號產(chǎn)生第二輸出電壓的第二開關(guān)裝置，其中第一控制信號和第二控制信號用于在不同時間分別對第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置進行開關(guān)動作； 儲能裝置，所述儲能裝置在所述第一開關(guān)裝置提供所述第一輸出電壓時被所述第一電源充電，并且在所述第二開關(guān)裝置提供所述第二輸出電壓時向所述第二開關(guān)裝置供電，以及 控制單元，用于通過阻止控制信號被傳輸?shù)降谝婚_關(guān)裝置來防止提供第一輸出電壓和第二輸出電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，其中所述第一開關(guān)裝置和所述第二開關(guān)裝置分別包括開關(guān)元件和驅(qū)動單元，每個驅(qū)動單元根據(jù)接收到的相應控制信號施加信號到相應的開關(guān)裝置的開關(guān)元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，其特征在于，所述儲能裝置是一種自舉電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，其特征在于，所述第一輸出電壓和所述第二輸出電壓用于驅(qū)動電機。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，該裝置設置用于提供對應于三相電機驅(qū)動系統(tǒng)其中一相的輸出電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，其特征在于，所述控制單元是權(quán)利要求1到15中任何一個的裝置。
22.一種電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，包括: 三相電機；以及 包括每相驅(qū)動裝置的驅(qū)動單元，其中根據(jù)前述權(quán)利要求16到21中任一裝置提供每相的驅(qū)動裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括控制器，用于產(chǎn)生包括第一控制信號和第二控制信號的控制信號。
【文檔編號】H02H7/122GK104038188SQ201410085609
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】安德魯·杰里米·賽克斯, 理查德·馬克·韋恩, 科林·哈吉斯 申請人:控制技術(shù)有限公司