專利名稱：一種中、高壓大功率igbt的低成本短路檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于電路保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種變頻器短路檢測電路。
背景技術(shù)：
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。[0003]在變頻器中，IGBT是非常關(guān)鍵的器件，必須對其做全方位的保護(hù)。而IGBT的短路保護(hù)更是重中之重。變頻器短路發(fā)生時(shí)，通常都伴隨著嚴(yán)重設(shè)備故障、誤操作，極可能造成設(shè)備損壞或者人身傷亡事故。而IGBT的短路保護(hù)正是避免這種后果的最好方法之一。[0004]隨著3300V以上大容量的IGBT的普及，IGBT在中高壓的變頻器上應(yīng)用越來越多。 傳統(tǒng)上采用的IGBT短路檢測方法一般采用的是檢測IGBT的飽和導(dǎo)通壓降Vcesat的方法。 但是由于高壓IGBT本身的特性，Vcesat受IGBT柵極電壓Vge、IGBT導(dǎo)通電流1C、溫度以及IGBT導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間的影響，變化較大。傳統(tǒng)的短路檢測方法存在著諸如檢測閥值不易更改、易誤報(bào)、成本過高等缺點(diǎn)，給產(chǎn)品競爭力帶來了不利的影響。發(fā)明內(nèi)容[0005]發(fā)明目的提供一種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，使之具有器件少、成本低、可靠性高、短路檢測動(dòng)作閥值方便可調(diào)、延遲時(shí)間方便可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。[0006]技術(shù)方案一種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，包括IGBT-driver 極、IGBT-C極、IGBT-G極、IGBT-fault極、穩(wěn)壓二極管D22、電阻R33、電容C22、NPN三極管 Q18、PNP三極管Q17、直流穩(wěn)壓60Vdc、三極管Q11、二極管D1、二極管D2、二極管D20、二極管D19、二極管D25、電阻R45、電阻R20、電容C30，其特征在于，PNP三極管Q17控制60Vdc 通過電阻R33給電容C22充電，實(shí)現(xiàn)對Vcesat的檢測；通過二極管D22設(shè)定短路保護(hù)閥值 Vs，為適應(yīng)高壓IGBT，此閥值設(shè)為40V 55V ;通過更改穩(wěn)壓管D22的穩(wěn)壓值即可使之適應(yīng)不同電壓、功率等級(jí)的IGBT ;通過電阻R33對電容C22充電至短路保護(hù)閥值來設(shè)定延遲時(shí)間，調(diào)整電阻R33、電容C22即可調(diào)整短路持續(xù)時(shí)間；[0007]當(dāng)IGBT-driver為高電平時(shí)(一般為+15V)，NPN三極管Q18導(dǎo)通，為PNP三極管 Q17提供導(dǎo)通條件，直流穩(wěn)壓60Vdc通過電阻R33對電容C22充電；如果此時(shí)IGBT沒有發(fā)生短路，集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通壓降Vce很快會(huì)降低至飽和導(dǎo)通壓降Vcesat，而電容C22上的電壓通過二極管D20、D19被鉗位在Vcesat電壓，遠(yuǎn)達(dá)不到短路保護(hù)閥值，此時(shí)，檢測出 IGBT未發(fā)生短路；[0008]如果IGBT發(fā)生短路，此時(shí)極大的電流將流過IGBT-C極，IGBT的Vce電壓迅速升高；當(dāng)Vce電壓升至短路保護(hù)閥值Vs時(shí)，電容C22兩端電壓也由Vcesat電壓通過電阻R33 充電至Vs電壓，此時(shí)穩(wěn)壓管D22被擊穿，三極管Qll導(dǎo)通；通過二極管Dl拉低IGBT的柵極電壓Vge，使IGBT關(guān)斷；通過二極管D2輸出低電平，向控制器報(bào)出IGBT短路信號(hào)；電容C22由Vcesat電壓通過電阻R33充電至Vs電壓的充電時(shí)間決定了 IGBT短路的持續(xù)時(shí)間； 此時(shí)，檢測出IGBT發(fā)生短路；[0009]當(dāng)IGBT-driver為低時(shí)(一般為-10V)，電容C22通過二極管D25、電阻R20放電， 為下一次充電做準(zhǔn)備；電容C30用于為防止電壓尖峰干擾；為了限制電容C22電壓受Vce電壓變化過大的影響，電阻R45用于限制電容C22通過二極管D20、D19的電流。[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果此電路全部采用分立器件完成，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉、適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；而且更改穩(wěn)壓管D22的穩(wěn)壓值即可使之適應(yīng)不同電壓、功率等級(jí)的IGBT ;調(diào)整電阻R33、電容C22即可調(diào)整短路持續(xù)時(shí)間，從而可以靈活的應(yīng)用在不同電壓、功率等級(jí)的IGBT上。


[0011]圖I是本實(shí)用新型電路示意圖；[0012]圖2是本實(shí)用新型檢測波形示意圖。
具體實(shí)施方式
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。[0014]如圖I所示,一種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路,包括IGBT-driver 極、IGBT-C極、IGBT-G極、IGBT-fault極、穩(wěn)壓二極管D22、電阻R33、電容C22、NPN三極管 Q18、PNP三極管Q17、直流穩(wěn)壓60Vdc、三極管Q11、二極管D1、二極管D2、二極管D20、二極管D19、二極管D25、電阻R45、電阻R20、電容C30，其特征在于，Q17控制60Vdc通過電阻R33 給電容C22充電，實(shí)現(xiàn)對Vcesat的檢測；通過二極管D22設(shè)定短路保護(hù)閥值Vs，為適應(yīng)高壓IGBT，此閥值設(shè)為40V 55V，通過電阻R33對電容C22充電至短路保護(hù)閥值來設(shè)定延遲時(shí)間；IGBT可承受短路時(shí)間一般為10 μ S。[0015]當(dāng)IGBT-driver為高電平時(shí)(一般為+15V)，NPN三極管Q18導(dǎo)通，為PNP三極管 Q17提供導(dǎo)通條件，直流穩(wěn)壓60Vdc通過電阻R33對電容C22充電；如果此時(shí)IGBT沒有發(fā)生短路，集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通壓降Vce很快會(huì)降低至飽和導(dǎo)通壓降Vcesat，而電容C22上的電壓通過二極管D20、D19被鉗位在Vcesat電壓，遠(yuǎn)達(dá)不到短路保護(hù)閥值，此時(shí)，檢測出 IGBT未發(fā)生短路。[0016]如果IGBT發(fā)生短路，此時(shí)極大的電流將流過IGBT-C極，IGBT的Vce電壓迅速升高；當(dāng)Vce電壓升至短路保護(hù)閥值Vs時(shí)，電容C22兩端電壓也由Vcesat電壓通過電阻R33 充電至Vs電壓，此時(shí)穩(wěn)壓管D22被擊穿，三極管Qll導(dǎo)通；通過二極管Dl拉低IGBT的柵極電壓Vge，使IGBT關(guān)斷；通過二極管D2輸出低電平，向控制器報(bào)出IGBT短路信號(hào)；電容 C22由Vcesat電壓通過電阻R33充電至Vs電壓的充電時(shí)間決定了 IGBT短路的持續(xù)時(shí)間； 此時(shí)，檢測出IGBT發(fā)生短路。[0017]當(dāng)IGBT-driver為低時(shí)(一般為-10V)，電容C22通過二極管D25、電阻R20放電， 為下一次充電做準(zhǔn)備；電容C30用于為防止電壓尖峰干擾；為了限制電容C22電壓受Vce電壓變化過大的影響，電阻R45用于限制電容C22通過二極管D20、D19的電流。[0018]在一具體實(shí)施例中，如圖2所示實(shí)際的檢測波形示意圖中，CHl代表IGBT驅(qū)動(dòng)波形；CH2代表電容C22兩端電壓；當(dāng)IGBT的Vge即CHl由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，IGBT開始導(dǎo)通。此時(shí)電容C22開始充電，電容C22電壓充至穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值時(shí)，穩(wěn)壓管被擊穿，C22電壓被穩(wěn)壓管鉗位，所以，CH2的電平由低變高，然后恒定。當(dāng)CH2的電平恒定時(shí)表示IGBT短路保護(hù)起作用，CHl的Vge變?yōu)榈碗娖剑硎綢GBT關(guān)閉。這樣，IGBT發(fā)生短路時(shí)，就會(huì)被保護(hù)。另外，為了方便對比測試，IGBT的Vge是對-IOV參考的。所以，Vge的高電平為25V， 短路保護(hù)閥值設(shè)定為55V ;當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，C22兩端電壓在14μ S內(nèi)充電至55V，短路保護(hù)電路起作用，將IGBT柵極電壓降低，進(jìn)而關(guān)閉IGBT ;實(shí)際的短路持續(xù)時(shí)間可以通過調(diào)整R33、 C22使之達(dá)到滿意的程度。[0019]此電路全部采用分立器件完成，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉、適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；而且更改穩(wěn)壓管D22的穩(wěn)壓值即可使之適應(yīng)不同電壓、功率等級(jí)的IGBT ;調(diào)整電阻R33、電容C22即可調(diào)整短路持續(xù)時(shí)間，從而可以靈活的應(yīng)用在不同電壓、功率等級(jí)的 IGBT 上。
權(quán)利要求1.ー種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，包括IGBT-driver極、IGBT-C極、IGBT-G極、IGBT-fault極、穩(wěn)壓ニ極管D22、電阻R33、電容C22、NPN三極管Q18、PNP三極管Q17、直流穩(wěn)壓60Vdc、三極管Q11、ニ極管D1、ニ極管D2、ニ極管D20、ニ極管D19、ニ極管D25、電阻R45、電阻R20、電容C30，其特征在于，PNP三極管Q17控制60Vdc通過電阻R33給電容C22充電，實(shí)現(xiàn)對Vcesat的檢測；通過ニ極管D22設(shè)定短路保護(hù)閥值Vs，為適應(yīng)高壓IGBT，此閥值設(shè)為40V 55V ;通過更改穩(wěn)壓管D22的穩(wěn)壓值即可使之適應(yīng)不同電壓、功率等級(jí)的IGBT ;通過電阻R33對電容C22充電至短路保護(hù)閥值來設(shè)定延遲時(shí)間，調(diào)整電阻R33、電容C22即可調(diào)整短路持續(xù)時(shí)間。
2.如權(quán)利要求I所述的中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，其特征在干，當(dāng)IGBT-driver為高電平吋，NPN三極管Q18導(dǎo)通，為PNP三極管Q17提供導(dǎo)通條件，直流穩(wěn)壓60Vdc通過電阻R33對電容C22充電；如果此時(shí)IGBT沒有發(fā)生短路，集電極與發(fā)射極的導(dǎo)通壓降Vce很快會(huì)降低至飽和導(dǎo)通壓降Vcesat，而電容C22上的電壓通過ニ極管D20、D19被鉗位在Vcesat電壓，遠(yuǎn)達(dá)不到短路保護(hù)閥值，此時(shí)，檢測出IGBT未發(fā)生短路。
3.如權(quán)利要求I所述的中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，其特征在于，如果IGBT發(fā)生短路，此時(shí)極大的電流將流過IGBT-C極，IGBT的Vce電壓迅速升高；當(dāng)Vce電壓升至短路保護(hù)閥值Vs時(shí)，電容C22兩端電壓也由Vcesat電壓通過電阻R33充電至Vs電壓，此時(shí)穩(wěn)壓管D22被擊穿，三極管Qll導(dǎo)通；通過ニ極管Dl拉低IGBT的柵極電壓Vge，使IGBT關(guān)斷；通過ニ極管D2輸出低電平，向控制器報(bào)出IGBT短路信號(hào)；電容C22由Vcesat電壓通過電阻R33充電至Vs電壓的充電時(shí)間決定了 IGBT短路的持續(xù)時(shí)間；此時(shí)，檢測出IGBT發(fā)生短路。
4.如權(quán)利要求I所述的中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，其特征在于，當(dāng)IGBT-driver為低時(shí)，電容C22通過ニ極管D25、電阻R20放電，為下一次充電做準(zhǔn)備；電容C30用于為防止電壓尖峰干擾；為了限制電容C22電壓受Vce電壓變化過大的影響，電阻R45用于限制電容C22通過ニ極管D20、D19的電流。
5.如權(quán)利要求I所述的中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，其特征在于，所述短路保護(hù)閥值Vs，為適應(yīng)高壓IGBT，此閥值設(shè)為40V 55V ;IGBT可承受短路時(shí)間一般為10μ S。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種中、高壓大功率IGBT的低成本短路檢測電路，其特征在于，PNP三極管Q17控制60Vdc通過電阻R33給電容C22充電，實(shí)現(xiàn)對Vcesat的檢測；通過二極管D22設(shè)定短路保護(hù)閥值Vs，通過更改穩(wěn)壓管D22的穩(wěn)壓值即可使之適應(yīng)不同電壓、功率等級(jí)的IGBT；通過電阻R33對電容C22充電至短路保護(hù)閥值來設(shè)定延遲時(shí)間，調(diào)整電阻R33、電容C22即可調(diào)整短路持續(xù)時(shí)間；本實(shí)用新型具有器件少、成本低、可靠性高、短路檢測動(dòng)作閥值方便可調(diào)、延遲時(shí)間方便可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK202815136SQ20122044410
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者王少伯, 李瑞英 申請人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司