具有消隱功能的igbt短路保護(hù)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路，包括：IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路；由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2、穩(wěn)壓管D15、超快恢復(fù)二極管D13、電阻R13、電阻R14、電容C27等元件連接而成的IGBT短路檢測(cè)電路；由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2，電阻R24、電容C39、電容C40、場(chǎng)效應(yīng)管Q7等元件連接而成IGBT短路檢測(cè)消隱電路。IGBT短路檢測(cè)單元通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)光耦與外圍電路配合，形成恒流源電路，在IGBT開(kāi)通后，檢測(cè)其集電極和發(fā)射極兩端壓降Vce是否超過(guò)電路設(shè)定值，來(lái)判斷IGBT是否發(fā)生短路故障。IGBT短路檢測(cè)消隱電路，當(dāng)IGBT開(kāi)通初期，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓上升過(guò)程中，將短路檢測(cè)單元旁路，當(dāng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓上升完成后，消隱功能結(jié)束，短路檢測(cè)單元發(fā)揮作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】中的功率器件保護(hù)電路，具體地指一種具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱(chēng) IGBT),是電力晶體管和功率場(chǎng)效應(yīng)管組成的復(fù)合器件，由于其具有輸入阻抗高、工作速度快、耐壓高等特點(diǎn)，因此在電力電子裝置、交流調(diào)速系統(tǒng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位，例如變頻器、風(fēng)電、UPS等大多采用IGBT作為主要的功率開(kāi)關(guān)器件。
[0003]在IGBT的使用中，對(duì)IGBT的保護(hù)最為關(guān)鍵，一方面是因?yàn)镮GBT器件本身較為昂貴，另一方面是由于IGBT損壞將帶來(lái)嚴(yán)重影響與傷害。此外IGBT在功率變換及交流調(diào)速中起到核心作用，其應(yīng)用場(chǎng)合多變、使用環(huán)境惡劣，所以對(duì)IGBT進(jìn)行可靠保護(hù)尤其是短路保護(hù)至關(guān)重要，是業(yè)內(nèi)長(zhǎng)期的研究課題。
[0004]目前，對(duì)于IGBT短路檢測(cè)的主要方法是:利用IGBT導(dǎo)通時(shí)，管壓降Vce與集電極電流Ic成比例的特性進(jìn)行保護(hù)，即當(dāng)集電極電流增加時(shí)，管壓降Vce也隨之增大。當(dāng)IGBT出現(xiàn)短路時(shí)，Vce也增大到IGBT保護(hù)的閾值，此時(shí)便觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷IGBT。依據(jù)IGBT的這個(gè)特性，目前已經(jīng)有一些廠家開(kāi)發(fā)出集IGBT驅(qū)動(dòng)、過(guò)流保護(hù)、甚至驅(qū)動(dòng)欠壓保護(hù)功能于一體的隔離驅(qū)動(dòng)光耦，如HCPL-316J、HCPL-332J、PC929等，有一些廠家開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)IGBT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及保護(hù)，但是無(wú)論是隔離驅(qū)動(dòng)光耦還是專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊，在檢測(cè)到短路故障時(shí)，會(huì)立即關(guān)斷IGBT，然后發(fā)送故障信號(hào)給邏輯處理電路，并阻斷PWM信號(hào)的輸入。
[0005]采取專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)模塊方式，雖然在IGBT驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方面有較高的能力，但驅(qū)動(dòng)模塊價(jià)格昂貴，占用空間較大，不利于產(chǎn)品小型化和降低成本，且其提供的接口不是完全按照應(yīng)用者的需求來(lái)制定，也就不能使硬件電路的布局、走線達(dá)到最優(yōu)化。
[0006]采用隔離驅(qū)動(dòng)光耦方式，電路原理通常是:當(dāng)開(kāi)通IGBT的邏輯信號(hào)到達(dá)光耦輸入端，光耦輸出正電壓給IGBT門(mén)極，同時(shí)光耦的內(nèi)部集成恒流源開(kāi)啟，通過(guò)其檢測(cè)引腳(DESAT)向外輸出，在IGBT未完全開(kāi)通、處于線性區(qū)時(shí)，集電極(C)和發(fā)射極(E)兩端有較高的半通態(tài)阻抗，集電極大電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生較高的管壓降，導(dǎo)致光耦的檢測(cè)引腳(DESAT)與IGBT的C、E極的回路被截止，如果此時(shí)光耦檢測(cè)引腳(DESAT)沒(méi)有其他回路，該引腳的電壓將立即超過(guò)光耦內(nèi)部比較器的參考電壓，光耦做出短路保護(hù)處理，關(guān)斷IGBT并報(bào)故障，導(dǎo)致IGBT開(kāi)通失敗。為了避免這種情況，一般在光耦檢測(cè)引腳(DESAT)接小容量的電容，在IGBT半通態(tài)時(shí)，形成短暫的電容充電回路，將該引腳電壓箝位，以免誤保護(hù)。IGBT完全開(kāi)通進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，通態(tài)阻抗低，光耦檢測(cè)引腳(DESAT)輸出的電流可以通過(guò)IGBT的C、E極，也就能檢測(cè)C、E兩端的壓降。
[0007]然而通常的隔離驅(qū)動(dòng)光耦方式，其檢測(cè)引腳(DESAT)輸出的電流非常微弱，為微安級(jí)，容易受到干擾，尤其在IGBT控制的高電壓、大電流頻繁、快速通斷場(chǎng)合，在IGBT開(kāi)通階段，會(huì)有非常大的電流變化率(di/dt)、在線路寄生電感、引線電感的共同作用下會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，通過(guò)傳導(dǎo)或串?dāng)_等方式干擾光耦的短路檢測(cè)回路，引起檢測(cè)回路的電壓波動(dòng)或電壓毛刺產(chǎn)生，一旦超過(guò)光耦內(nèi)部比較器的參考電壓，將誤觸發(fā)光耦進(jìn)行保護(hù)處理并報(bào)故障，導(dǎo)致IGBT錯(cuò)誤關(guān)斷，設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路，其特征在于，包括:IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、IGBT短路檢測(cè)電路和IGBT短路檢測(cè)消隱電路；
[0009]所述IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路包括隔離驅(qū)動(dòng)光耦，所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳與IGBT的門(mén)極連接；
[0010]所述IGBT短路檢測(cè)電路包括:
[0011]超快恢復(fù)二極管，其陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳連接，陰極與IGBT的集電極連接；
[0012]第一電阻，其一端連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，另一端連接+17.5v電壓；
[0013]第一電容，其一端連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，另一端接地；以及
[0014]穩(wěn)壓管，其陰極連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，陽(yáng)極接地。
[0015]所述IGBT短路檢測(cè)消隱電路包括:
[0016]場(chǎng)效應(yīng)管，其柵極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳連接；
[0017]第三電容，連接在所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳之間；
[0018]第四電容，其一端連接所述第三電容與所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極之間，另一端接地；以及
[0019]第二電阻，其一端連接所述第三電容與所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極之間，另一端接地。
[0020]本實(shí)用新型中的IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元采用隔離光耦集成芯片為IGBT門(mén)極提供正、負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)。IGBT短路檢測(cè)單元通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)光耦與外圍電路配合，形成恒流源電路，在IGBT開(kāi)通后，檢測(cè)其集電極(C)和發(fā)射極(E)兩端壓降Vce是否超過(guò)電路設(shè)定值，來(lái)判斷IGBT是否發(fā)生短路故障。IGBT短路檢測(cè)消隱電路，當(dāng)IGBT開(kāi)通初期，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓上升過(guò)程中，將短路檢測(cè)單元旁路，當(dāng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓上升完成后，消隱功能結(jié)束，短路檢測(cè)單元發(fā)揮作用。
[0021]本實(shí)用新型電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠在電氣工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮極為重要的作用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]本實(shí)用新型具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路，可應(yīng)用于諸如變頻器、UPS之類(lèi)的IGBT控制電路上，為IGBT提供可靠的驅(qū)動(dòng)以及保護(hù)電路。
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路包括IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元、IGBT短路檢測(cè)單元和短路檢測(cè)消隱單元。
[0026]其中，IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元，當(dāng)選用的IGBT容量較小時(shí)，由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2以及IGBT組成，隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2直接驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的門(mén)極(G、E)；當(dāng)選用的IGBT容量較大時(shí)，由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2、推挽驅(qū)動(dòng)電路、IGBT組成，U2將驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送給推挽驅(qū)動(dòng)電路，推挽驅(qū)動(dòng)電路再去驅(qū)動(dòng)IGBT門(mén)極(G、E)。本實(shí)施例所用隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2為ACPL-332J光耦。
[0027]IGBT短路檢測(cè)單元，由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2、穩(wěn)壓管D15、超快恢復(fù)二極管D13、電阻R13、電阻R14、電容C27等元件連接而成，具體連接關(guān)系為:電阻R14的一端與隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2的檢測(cè)引腳(14引腳)連接，電阻R14的另一端與超快恢復(fù)二極管D13的陽(yáng)極連接；超快恢復(fù)二極管D13的陰極與IGBT的集電極連接；電阻R13的一端連接在電阻R14與隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2的14引腳之間，另一端連接+17.5v電壓；電容C27的一端連接在電阻R14與隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2的14引腳之間，另一端接地；穩(wěn)壓管D15的陰極連接在電阻R14與隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2的14引腳之間，陽(yáng)極接地。當(dāng)開(kāi)通IGBT的邏輯信號(hào)(nPWM)到達(dá)光耦U2輸入端(5、8腳)，U2的11腳輸出正電壓給IGBT門(mén)極(G、E)，同時(shí)U2的內(nèi)部集成恒流源開(kāi)啟，通過(guò)其檢測(cè)引腳(14腳)向外輸出，在IGBT未完全開(kāi)通、處于線性區(qū)時(shí)，集電極(C)和發(fā)射極(E)兩端有較高的半通態(tài)阻抗，此時(shí)，C27的存在，讓U2的14腳形成短暫的電容充電回路，將該引腳電壓箝位，以免誤保護(hù)。IGBT完全開(kāi)通進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，U2的14腳輸出的電流可以通過(guò)IGBT的C、E極，也就能檢測(cè)C、E兩端的壓降，當(dāng)U2的14腳電壓超過(guò)6.5V時(shí)，即判斷為發(fā)生短路故障，立即封鎖11腳輸出并通過(guò)3腳輸出故障信號(hào)，該IGBT短路檢測(cè)單元與通常的做法不同之處在于，使用了上拉電阻R13來(lái)將檢測(cè)電流由微安級(jí)提高到毫安級(jí)，提高了抗干擾能力，同時(shí)加入穩(wěn)壓管D15保護(hù)U2的14腳，以免被可能串入的高壓意外擊穿。
[0028]IGBT短路檢測(cè)消隱電路由隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2，電阻R24、電容C39、電容C40、場(chǎng)效應(yīng)管Q7等元件連接而成。場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極通過(guò)電容C39與隔離驅(qū)動(dòng)光耦U2的正電壓輸出腳連接，電容C40的一端連接電容C39與場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極之間，另一端接地；電阻R24的一端連接在電容C39與場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極之間，另一端接地。IGBT短路檢測(cè)消隱單元能夠有效地防止IGBT開(kāi)通階段可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤保護(hù)故障，當(dāng)開(kāi)通IGBT的邏輯信號(hào)(nPWM)到達(dá)光耦U2輸入端(5、8腳)，U2的11腳輸出正電壓給IGBT門(mén)極(G、E)，同時(shí)也輸出給電容C39、C40、R24、Q7構(gòu)成的消隱電路，快速上升的11腳電壓可以穿透C39，到達(dá)Q7的基極，Q7開(kāi)通，將U2的14腳下拉到低電平(E)，從而在IGBT開(kāi)通階段，消隱U2的14腳檢測(cè)功能，當(dāng)U2的11腳電壓上升完成后，由于C39的隔直作用，U2的11腳已經(jīng)穩(wěn)定的直流電壓不能穿透C39，于是Q7基極通過(guò)R24放電，Q7關(guān)斷，此時(shí)正好IGBT已經(jīng)完全開(kāi)通，U2的14腳檢測(cè)功能恢復(fù)。C40作為充電電容，R24作為放電電阻可以調(diào)整消隱時(shí)間，以滿(mǎn)足實(shí)際的設(shè)計(jì)需求。
[0029]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非限制本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上施以各種等效替換和改進(jìn)，凡在權(quán)利要求范圍內(nèi)所做的變化，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有消隱功能的IGBT短路保護(hù)電路，其特征在于，包括:IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、IGBT短路檢測(cè)電路和IGBT短路檢測(cè)消隱電路； 所述IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路包括隔離驅(qū)動(dòng)光耦，所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳與IGBT的門(mén)極連接； 所述IGBT短路檢測(cè)電路包括: 超快恢復(fù)二極管，其陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳連接，陰極與IGBT的集電極連接； 第一電阻，其一端連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，另一端連接+17.5v電壓； 第一電容，其一端連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，另一端接地；以及 穩(wěn)壓管，其陰極連接在所述超快恢復(fù)二極管的陽(yáng)極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的檢測(cè)引腳之間，陽(yáng)極接地； 所述IGBT短路檢測(cè)消隱電路包括: 場(chǎng)效應(yīng)管，其柵極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳連接； 第三電容，連接在所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極與所述隔離驅(qū)動(dòng)光耦的正電壓輸出腳之間； 第四電容，其一端連接所述第三電容與所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極之間，另一端接地；以及 第二電阻，其一端連接所述第三電容與所述場(chǎng)效應(yīng)管柵極之間，另一端接地。
【文檔編號(hào)】H02H7/20GK203932987SQ201420241807
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】張翀, 李小松, 周景, 謝鳴 申請(qǐng)人:武漢港迪電氣有限公司