功率器件逐脈沖保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于保護電路領(lǐng)域，尤其涉及功率器件的短路和過電流保護。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率器件MOSFET、IGBT等的控制電路中，過流和/或短路保護的方法主要是檢測回路電流，預置保護點進行比較作為保護判斷的條件。這種常見的保護方法有較大的缺點:保護閾值設(shè)置過高，容易造成保護失敗，保護閾值設(shè)置過低，又不能充分發(fā)揮功率管的性能。而且，功率器件M0SFET、IGBT等工作在不同的溫度下所承受的過電流又相差較大，因此保護點的設(shè)置比較困難。
[0003]又因為MOSFET、IGBT等功率器件的工作溫度和導通壓降存在一定的比例關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)中提出了利用MOSFET、IGBT等功率器件的導通壓降的方法實現(xiàn)保護，有效地避免了以上缺點。但在執(zhí)行保護關(guān)斷控制信號時，MOSFET、IGBT等功率器件真正得到保護時，已經(jīng)有延時，在MOSFET、IGBT等功率器件保護關(guān)斷之前已承受了多個脈沖周期的過流或短路電流的沖擊，無法實現(xiàn)過流、短路的即時關(guān)斷。而且，在電路解除保護過后，若MOSFET、IGBT等功率器件過流、短路的原故障并未解除，MOSFET, IGBT功率器件必將承受二次過流、短路的電流沖擊。因此，現(xiàn)有的保護方案并不能完全解決MOSFET、IGBT等功率器件因過流、短路而失效的技術(shù)問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型的目的即在于提供一種功率器件逐脈沖保護電路，旨在解決現(xiàn)有功率器件保護電路不能實時有效地實現(xiàn)保護的技術(shù)問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的功率器件逐脈沖保護電路，通過脈沖信號實時監(jiān)測功率器件的過電流并實行保護，具體的，該保護電路包括脈沖發(fā)生器、電流檢測單元、驅(qū)動單元和保護執(zhí)行單元；所述電流檢測單元連接在所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，所述驅(qū)動單元連接在所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，所述保護執(zhí)行單元連接在所述電流檢測單元的輸出端與所述驅(qū)動單元的使能端之間。
[0006]所述脈沖發(fā)生器輸出方波驅(qū)動信號，用于功率器件的驅(qū)動控制并利用該信號實時監(jiān)測所述功率器件的過電流，當所述電流檢測單元監(jiān)測到流經(jīng)所述功率器件的過電流超過安全閾值時，所述保護執(zhí)行單元控制所述驅(qū)動單元關(guān)閉所述功率器件執(zhí)行保護；并且，在所述方波驅(qū)動信號的開通周期內(nèi)保持功率器件的關(guān)閉狀態(tài)，直到開通周期結(jié)束，所述保護電路自動解鎖。當下一個脈沖方波驅(qū)動信號到來時再循環(huán)執(zhí)行以上過程，實現(xiàn)對M0SFET、IGBT或者晶閘管等功率器件的逐脈沖電流監(jiān)測并且逐脈沖執(zhí)行保護。
[0007]進一步地，所述保護電路還包括:與所述保護執(zhí)行單元相接、用于將所述保護電路執(zhí)行保護的工作狀態(tài)輸出給主控制系統(tǒng)的保護信號輸出單元。
[0008]具體的，所述驅(qū)動單元包括一個圖騰柱輸出；所述圖騰柱輸出包括兩個配對的三極管及相應的電阻；或者包括兩個配對的MOSFET及相應的電阻。
[0009]進一步地，所述驅(qū)動單元還包括一個連接在所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端與所述圖騰柱輸出的輸入端之間、用于放大所述方波驅(qū)動信號的同相放大模塊。
[0010]具體的，所述電流檢測單元包括電阻R1、電阻R2和二極管Dl ;所述電阻Rl和電阻R2串接在所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端與所述二極管Dl的陽極之間，所述電阻Rl和電阻R2的共接端為所述電流檢測單元的輸出端，所述二極管Dl的陰極與所述功率器件的電流輸入端同時接工作電源VCC。
[0011]進一步地，所述同相放大模塊包括電阻R3和NPN型三極管Q2 ;所述NPN型三極管Q2的基極通過所述電阻R3接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q2的發(fā)射極接所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端，所述NPN型三極管Q2的集電極接所述圖騰柱輸出的輸入端；或者，所述同相放大模塊包括電阻R4和PNP型三極管Q3 ;所述PNP型三極管Q3的基極接所述脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端，所述PNP型三極管Q3的發(fā)射極接所述圖騰柱輸出的輸入端，所述PNP型三極管Q3的集電極通過所述電阻R4接地。
[0012]進一步地，所述保護執(zhí)行單元包括穩(wěn)壓二極管ZDl和NPN三極管Q4 ;所述穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極接所述電流檢測單元的輸出端，所述穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN三極管Q4的集電極接所述驅(qū)動單元的使能端，所述NPN三極管Q4的發(fā)射極接地。
[0013]進一步地，所述保護執(zhí)行單元還包括一個延時模塊；所述延時模塊包括電容Cl、電容C2和電阻R5 ;所述電容Cl和電阻R5分別并接在所述穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極與地之間；所述電容C2接在所述穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極與地之間。
[0014]更進一步地，所述保護信號輸出單元包括NPN型三極管Q5和電阻R6 ;所述NPN型三極管Q5的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN型三極管Q5的集電極通過所述電阻R6接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q5的發(fā)射極接地，所述NPN型三極管Q5的集電極同時接所述主控制系統(tǒng)；或者，所述保護信號輸出單元包括PNP型三極管Q6和電阻R7 ;所述PNP型三極管Q6的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述PNP型三極管Q6的發(fā)射極通過所述電阻R7接第一供電電壓，所述PNP型三極管Q6的集電極接地，所述NPN型三極管Q6的發(fā)射極同時接所述主控制系統(tǒng)。
[0015]本實用新型提供的功率器件逐脈沖保護電路，利用功率器件的導通壓降檢測電流的優(yōu)點，設(shè)定功率器件的安全電流工作點；在單個方波驅(qū)動信號脈沖時間內(nèi)實現(xiàn)逐脈沖的電流監(jiān)測、逐脈沖過電流保護，能夠有效解決功率器件因過流、短路而失效的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2是本實用新型優(yōu)選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖3是本實用新型優(yōu)選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本實用新型另一優(yōu)選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021]圖1是本實用新型實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)框圖；為了便于說明，僅示出了與本實施例相關(guān)的部分，如圖所示:
[0022]一種功率器件逐脈沖保護電路，通過脈沖信號實時監(jiān)測功率器件的過電流并實行保護，包括脈沖發(fā)生器100、電流檢測單元200、驅(qū)動單元300和保護執(zhí)行單元400。具體的，電流檢測單元200連接在脈沖發(fā)生器100的脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，驅(qū)動單元300連接在脈沖發(fā)生器100的脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，保護執(zhí)行單元400連接在電流檢測單元200的輸出端與驅(qū)動單元300的使能端之間。
[0023]根據(jù)本實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路，脈沖發(fā)生器100輸出方波驅(qū)動信號HJLSE，用于功率器件的驅(qū)動控制并利用該信號實時監(jiān)測所述功率器件的過電流，當電流檢測單元200監(jiān)測到流經(jīng)所述功率器件的過電流超過安全閾值時，保護執(zhí)行單元400立即控制驅(qū)動單元300關(guān)閉所述功率器件；并且，在所述方波驅(qū)動信號PULSE的開通周期內(nèi)保持功率器件的關(guān)閉狀態(tài)，直到本開通周期結(jié)束，所述保護電路自動解鎖。當下一個脈沖方波驅(qū)動信號PULSE到來時再循環(huán)執(zhí)行以上過程，實現(xiàn)對功率器件的逐脈沖電流監(jiān)測，并且逐脈沖執(zhí)行保護。并且，所述功率器件包括但不限于MOSFET、IGBT和晶閘管。
[0024]圖2是本實用新型另一優(yōu)選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)框圖。同樣的，為了便于說明，也僅示出了與本實施例相關(guān)的部分。
[0025]參見圖2，圖2所示實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路除了包括脈沖發(fā)生器100、電流檢測單元200、驅(qū)動單元300和保護執(zhí)行單元400之外，還包括一個保護信號輸出單元500。該保護信號輸出單元500與保護執(zhí)行單元400相接，用于將整個功率器件逐脈沖保護電路執(zhí)行保護的工作狀態(tài)輸出給主控制系統(tǒng)。在具體實現(xiàn)時，保護信號輸出單元500可以把保護電路已經(jīng)執(zhí)行保護的工作狀態(tài)，以低電平輸出(也可以是高電平)給主控制系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)一般為MCU單片機或DSP類的微電腦處理器，在此不對工作狀態(tài)的輸出形式和主控制系統(tǒng)的種類作任何限制。
[0026]在具體實施過程中，驅(qū)動單元300 —般可選圖騰柱輸出。并且，該圖騰柱輸出由兩個相互配對的三極管或者MOSFET再加上相應的電阻組成。
[0027]在另一實施方式中，驅(qū)動單元300還可以包括一個連接在圖騰柱輸出之前的同相放大模塊。該同相放大模塊連接在脈沖發(fā)生器100的脈沖輸出端與圖騰柱輸出的輸入端之間，可用于放大方波驅(qū)動信號。
[0028]為了對本實用新型提供的功率器件逐脈沖保護電路做進一步的說明，圖3示出了本實用新型一優(yōu)選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖3:
[0029]電流檢測單元200包括電阻R1、電阻R2和二極管Dl ;電阻Rl和電阻R2串接在脈沖發(fā)生器的脈沖輸出端PULSE與二極管Dl的陽極之間，電阻Rl和電阻R2的共接端為電流檢測單元100的輸出端，二極管Dl的陰極與功率器件的電流輸入端同時接工作電源VCC。
[0030]進一步地，本實施例中的驅(qū)動單元300包括同相放大模塊和圖騰柱輸出模塊。同相放大模塊包括電阻R3和NPN型三極管Q2 ；NPN型三極管Q2的基極通過電阻R3接第一供電電壓，NPN型三極管Q2的發(fā)射極接脈沖發(fā)生器100的脈沖輸出端HJLSE，NPN型三極管Q2的集電極接圖騰柱輸出的輸入端。圖騰柱輸出模塊包括兩個配對的三極管和相應的電阻，分別為NPN型三極管Q31、PNP型三極管Q32、電阻R31、電阻R32和電阻R33。NPN型三極管Q31的基極和PNP型三極管Q32的基極共接在一起，同時接NPN型三極管Q2的集電極和保護執(zhí)行單元400的輸出端，同時，NPN型三極管Q31的基極還通過上拉電阻R31接第二工作電壓，NPN型三極管Q31的集電極也接第二工作電壓，NPN型三極管Q31的發(fā)射極和PNP型三極管Q32的發(fā)射極分別通過電阻R32和電阻R33同時接功率器件MOSFET的控制端基極，PNP型三極管Q32的集電極接地。
[0031 ] 進一步地，在本實施例中，保護執(zhí)行單元400包括穩(wěn)壓二極管ZDl和NPN型三極管Q4 ;穩(wěn)壓二極管ZDl的陰極接電流檢測單元100的輸出端、即電阻Rl和電阻R2的共接端，穩(wěn)壓二極管ZDl的陽極接NPN型三極管Q4的基極，NPN型三極管Q4的集電極接圖騰柱輸出的輸入端，NPN型三極管Q4的發(fā)射極接地。
[0032]進一步地，