Igbt過流保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGBT過流保護電路，包括根據(jù)IGBT的集電極電流產(chǎn)生過流信號的過流信號產(chǎn)生電路，依據(jù)過流信號的高低判斷并輸出封鎖IGBT驅動信號的CPLD芯片，DSP控制芯片讀取CPLD芯片的計數(shù)值并生成復位信號。本發(fā)明設計的過流保護電路可以向DSP反饋過流故障信號，但不依賴于芯片對電流的檢測，在DSP死機的極端情況下，可以可靠地對IGBT的驅動信號實現(xiàn)封鎖，從而保證電源系統(tǒng)的安全。
【專利說明】IGBT過流保護電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IGBT過流保護電路，屬于過流保護領域。
【背景技術】
[0002]在高壓大功率的逆變電源中，IGBT往往承受較大的電流，可達100A以上。IGBT過流是損壞IGBT的主要原因，過流保護不僅直接關系到IGBT器件本身的工作性能和運行安全，還影響到整個電源系統(tǒng)的性能和安全。IGBT應用是否成功在很大程度上取決于過流保護電路的優(yōu)劣。
[0003]IGBT集電極和發(fā)射極之間的電壓Uce在數(shù)值上等于集電極電流與器件通態(tài)阻抗的乘積。因此，一旦IGBT過流，Ura會隨著集電極電流的增大而增大。常見的過流保護電路根據(jù)這一特性，通過檢測Uce來判斷IGBT是否過流。
[0004]這種檢測方法使用分立器件，集成度較低。并且在閾值電壓以下，流過IGBT的電流可能已超過額定電流，如果這種狀態(tài)持續(xù)時間過長，IGBT有可能發(fā)生擎住鎖定，造成IGBT的損壞。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種IGBT過流保護電路，能夠可靠地對IGBT的過電流進行保護動作。
[0006]技術方案:本發(fā)明采用的技術方案為一種IGBT過流保護電路，包括根據(jù)IGBT的集電極電流產(chǎn)生過流信號的過流信號產(chǎn)生電路，依據(jù)過流信號的高低判斷并輸出封鎖IGBT驅動信號的CPLD芯片，DSP控制芯片讀取CPLD芯片的計數(shù)值并生成復位信號。
[0007]優(yōu)選地，所述過流信號產(chǎn)生電路包括依次串聯(lián)的電流互感器、采樣電阻、絕對值轉換電路、同相電壓放大電路以及比較器。
[0008]優(yōu)選地，所述CPLD芯片包括依次串聯(lián)的消抖電路、脈沖展寬電路以及生成封鎖IGBT的驅動信號的或門，消抖電路輸出端還連接過流故障計數(shù)器。所述消抖電路對過流信號進行判斷，將大于1.28us的過流信號判斷為真實的過流信號，將小于1.28us的過流信號判斷為干擾信號。
[0009]有益效果:本發(fā)明設計的過流保護電路可以向DSP反饋過流故障信號，但不依賴于芯片對電流的檢測，在DSP死機的極端情況下，可以可靠地對IGBT的驅動信號實現(xiàn)封鎖，從而保證電源系統(tǒng)的安全。由遲滯比較器構成的過流信號產(chǎn)生電路可以可靠地產(chǎn)生過流信號，保護電路在IGBT允許的過流時間之內能夠可靠動作。僅在電源系統(tǒng)確實存在的持續(xù)短路過流時才進行跳閘保護，對于瞬態(tài)電流尖峰等干擾性過流信號，具有較強的抗干擾能力。CPLD芯片擁有高性價比的集成度，以低成本增加了控制系統(tǒng)的靈活性，便于調試和裝置升級。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1為為基于CPLD的IGBT過流保護電路結構框圖；
[0011]圖2為過流信號產(chǎn)生電路；
[0012]圖3為由D觸發(fā)器構成的消抖電路及其時序圖；
[0013]圖4為脈沖展寬電路輸入信號的產(chǎn)生；
[0014]圖5為脈沖展寬電路；
[0015]圖6為第一次過流和第二次過流處理電路；
[0016]圖7為過流保護策略。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0018]如圖1所示，將流過IGBT的電流用電流互感器轉換為弱電電流信號，通過采樣電阻采樣得到交流電壓信號，經(jīng)過絕對值轉換電路轉換后變?yōu)橹绷麟妷盒盘枺赏啾壤糯箅娐贩糯蠛笈c2.5V參考電壓比較。當流過IGBT的電流過流時，遲滯比較器輸出低電平的過流信號。過流信號經(jīng)電平轉換后由CPLD處理。如果過流信號時間小于1.28us，則認為是干擾信號。如果過流時間超過1.28us，CPLD產(chǎn)生1.311ms的封鎖IGBT的驅動信號并發(fā)送至DSP控制芯片，IGBT過流故障計數(shù)器計數(shù)一次。如果過流信號消失，DSP控制芯片在IOms后復位計數(shù)器，電源系統(tǒng)繼續(xù)工作。如果在1.311ms內又一次產(chǎn)生了過流信號，則CPLD 一直產(chǎn)生封鎖IGBT的驅動信號并發(fā)送至DSP控制芯片。直到確認故障排除后，DSP復位CPLD過流保護電路，使得電源系統(tǒng)重新正常工作。
[0019](I)過流信號產(chǎn)生電路
[0020]如圖2所示，電流互感器將流過IGBT的電流轉換為IOOmA以內的電流信號，通過采樣電阻對電流互感器副邊電流信號進行采樣，得到過流信號產(chǎn)生電路的輸入電壓Vin。輸入電壓Vin經(jīng)絕對值轉換電路得到輸入電壓的絕對值。同相電壓放大電路將絕對值轉換電路的輸出電壓放大K倍后，與2.5V參考電壓通過比較器LM211進行比較。K的數(shù)值由同相電壓放大器中運放的電阻決定。
[0021]圖2所示的過流信號產(chǎn)生電路具有反相輸出的施密特觸發(fā)特性。當輸入電壓Vin低于正向閾值電壓時輸出高電平；vin高于正向閾值電壓時,輸出低電平。輸出電壓Vo為低電平后，當Vin低于負向閾值電壓時，輸出電壓才再次回到高電平。這樣，一旦輸出過流信號后，即使輸入信號在正向閾值電壓附近有微小的干擾，只要干擾不超過回差電壓，輸出電壓就是穩(wěn)定的，增加了過流信號產(chǎn)生電路的抗干擾性，保證了流過IGBT的電流穩(wěn)定降到2.5V對應的電流值時，過流信號才會消失。
[0022]調節(jié)同相電壓放大電路增益K，可以調節(jié)過流保護閾值電流，調節(jié)R1的阻值可以調節(jié)回差電壓。
[0023](2)消抖電路
[0024]如圖3所示，消抖電路時鐘CLK2由50M8分頻得到。過流信號產(chǎn)生電路的輸出經(jīng)電平轉換后得到低電平過流信號GLXH。當出現(xiàn)過流信號后，在CLK2的第一個上升沿，第一D觸發(fā)器Dl輸出低電平，第二 D觸發(fā)器D2在CLK2的第二個上升沿輸出低電平，以此類推第八D觸發(fā)器D8在CLK2第8個上升沿輸出低電平。從過流信號跳變?yōu)榈碗娖降絈8跳變?yōu)榈碗娖降难舆t時間為1.28US。過流信號時間小于1.28us，則認為是干擾信號。因為消抖電路在產(chǎn)生1.28us的延時后判斷過流信號，消抖電路的時鐘是對50MHz8分頻，即50/8MHz，每個
D觸發(fā)器在下一個時鐘的上升沿輸出變化，一共8個D觸發(fā)器，所以延遲iir8"8=12Sus
O
[0025]在圖3下附了消抖電路的輸入輸出波形，在輸入信號GLXH變?yōu)榈碗娖?.28us后，輸出信號Q8變?yōu)榈碗娖健?br> [0026]本發(fā)明設計的過流保護電路的響應速度主要由消抖電路的延遲時間決定，1.28us在IGBT允許的過流時間之內。
[0027](3)脈沖展寬電路輸入信號的產(chǎn)生
[0028]如圖4所示，SR鎖存器的RD’端由Ql和Q8的與邏輯決定，SR鎖存器的SD’端由Q1’和Q8’的與邏輯決定，SR鎖存器的輸出為脈沖展寬電路輸入信號Q。Q8和過流信號同時為低電平時認為是有效的過流信號，在過流信號回到高電平時脈沖展寬電路輸入信號Q回到高電平。
[0029](4)脈沖展寬電路
[0030]如圖5所示，脈沖展寬電路的時鐘CLKl為50MHz，由4個16進制計數(shù)器74161和兩個D觸發(fā)器組成。脈沖展寬電路輸入信號Q取反得到Q’，展寬脈沖由Q’的上升沿觸發(fā)。展寬脈沖為D觸發(fā)器Dl的輸出，即SPWMEN1信號。IGBT驅動信號的封鎖信號由SPWMEN1和SPWMEN2的或邏輯決定，封鎖信號高電平有效。
[0031]在CLKl的上升沿，Dl的輸出隨Q’發(fā)生跳變，控制計數(shù)器的使能。Ul計滿16后，產(chǎn)生進位信號，接入U2的使能端，U2在每16個CLKl周期計數(shù)一次，Ul~U4構成了 164分頻器。U4的進位信號產(chǎn)生復位信號CLR，使得Dl的輸出變?yōu)榈碗娖健Ｃ}沖寬度為1.311ms。
[0032](5)過流保護策略
[0033]如圖6所示，16進制計數(shù)器Ul的QB輸出為SPWMEN2信號。
[0034]過流保護策略如圖7所示。當IGBT電流過流后，如果是第一次過流，并且不是干擾信號，CPLD過流保護電路封鎖1.311ms IGBT驅動信號。因為脈沖展寬電路的時鐘是50MHz，4個16進制計數(shù)器構成164分頻器，所以脈沖展寬電路輸出脈沖的寬度是
【權利要求】
1.1GBT過流保護電路，其特征在于，包括根據(jù)IGBT的集電極電流產(chǎn)生過流信號的過流信號產(chǎn)生電路，依據(jù)過流信號的高低判斷并輸出封鎖IGBT驅動信號的CPLD芯片，DSP控制芯片讀取CPLD芯片的計數(shù)值并生成復位信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述過流信號產(chǎn)生電路包括依次串聯(lián)的電流互感器、采樣電阻、絕對值轉換電路、同相電壓放大電路以及比較器。
3.根據(jù)權利要求1所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述CPLD芯片包括依次串聯(lián)的消抖電路、脈沖展寬電路以及生成封鎖IGBT的驅動信號的或門，消抖電路輸出端還連接過流故障計數(shù)器。
4.根據(jù)權利要求3所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述消抖電路對過流信號進行判斷，將大于1.28us的過流信號判斷為真實的過流信號，將小于1.28us的過流信號判斷為干擾信號。
【文檔編號】H02H7/20GK103904622SQ201410141464
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】金龍, 徐志科, 張臻, 陳瑋光, 潘鵬, 朱振池, 吳笑天 申請人:東南大學