Igbt短路檢測保護電路及基于igbt的可控整流電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于IGBT的可控整流電路及保護電路，具體而言涉及一種IGBT短路檢測保護電路及基于IGBT的可控整流電路。
【背景技術】
[0002]IGBT作為一種電子開關，絕大多數(shù)情況下用于開關直流電壓(實現(xiàn)直流斬波)，因此當IGBT出現(xiàn)短路時，流過IGBT的電流始終為固定方向，因此只要按照這一電流方向設計相應的短路保護電路即可。而當IGBT用作交流電子開關時，若IGBT出現(xiàn)短路，則IGBT中的電流方向由IGBT兩端的電壓極性所決定，即當IGBT短路時電流的方向是不確定的，為了對IGBT進行全面的保護，就必須針對兩個方向分別進行短路保護。常用的IGBT短路保護方法是通過檢測IGBT的集電極與發(fā)射極之間的壓降Vce，將其送入驅(qū)動光耦內(nèi)的比較器的同相輸入端，與反向輸入端的一固定閥值進行比較。其原理是根據(jù)Vce與Ic之間的關系，當Ic迅速增大時，Vce跟著上升，其中Vce為集電極和發(fā)射極之間的壓降，Ic為集電極和發(fā)射極之間的電流。因此，當Vce大于反向端的固定閥值時，表示IGBT出現(xiàn)短路，此時比較器翻轉實現(xiàn)短路保護。但該方法只能實現(xiàn)固定電流方向的短路保護，而要實現(xiàn)對兩個方向的短路保護就必須額外增加另一個方向的短路保護電路，相應的成本也大幅提高。
[0003]因此，為解決上述技術問題，有必要提出一種改進的IGBT雙向短路檢測保護電路。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提出一種改進的IGBT雙向短路檢測保護電路，可以實現(xiàn)對兩個反向串聯(lián)IGBT的雙向短路保護，而無需額外增加短路保護電路。
[0005]本實用新型的一個實施例提供一種IGBT短路檢測保護電路，用于IGBT的短路檢測以及保護，該電路包括:驅(qū)動單元，其用于生成PWM驅(qū)動信號以控制所述IGBT的導通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測引腳通過二極管與所述IGBT的集電極連接，所述檢測引腳為所述二極管提供檢測電流，所述二極管的陰極與所述IGBT的集電極連接，其中，所述檢測引腳處的電壓大于所述閾值電壓時，所述驅(qū)動單元控制所述IGBT關斷。
[0006]進一步地，所述IGBT的發(fā)射極與參考地電壓連接。
[0007]進一步地，所述驅(qū)動單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0008]本實用新型的又一個實施例提供一種IGBT短路檢測保護電路，用于對反向串聯(lián)的一對IGBT進行短路檢測保護，所述一對IGBT包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的發(fā)射極與所述第二 IGBT的發(fā)射極連接，該電路包括:驅(qū)動單元，其輸出端輸出PWM驅(qū)動信號，且與所述第一 IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的導通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測引腳分別通過第一二極管和第二二極管與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測引腳為所述第一二極管和第二二極管提供檢測電流，所述第一二極管和第二二極管的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，其中，所述檢測引腳處的電壓大于所述閾值電壓時，所述驅(qū)動單元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT關斷。
[0009]進一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極和發(fā)射極之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管。
[0010]進一步地，所述驅(qū)動單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0011]本實用新型的另一個實施例提供一種基于IGBT的可控整流電路，該基于IGBT的可控整流電路包括:三相交流電源以及三組反相串聯(lián)的IGBT單元，其中，每組反向串聯(lián)的IGBT單元包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的發(fā)射極與所述第二 IGBT的發(fā)射極連接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中之一的集電極與三相交流電源的其中一相連接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中另一集電極與另外兩組的IGBT單元的其中之一的集電極連接，
[0012]其中每組IGBT單元還包括:驅(qū)動單元，其輸出端輸出PWM驅(qū)動信號，且與所述第一IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的導通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測引腳分別通過第一二極管和第二二極管與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測引腳為所述第一二極管和第二二極管提供檢測電流，所述第一二極管和第二二極管的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，其中，所述檢測引腳處的電壓大于所述閾值電壓時，所述驅(qū)動單元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT關斷。
[0013]進一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極和發(fā)射極之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管。
[0014]進一步地，所述三相交流電源的每一相均通過電感與所述一組IGBT單元連接。
[0015]進一步地，所述驅(qū)動單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0016]本實用新型的IGBT短路檢測保護電路利用IGBT導通時，如果出現(xiàn)短路則電流方向由其兩端電壓的極性所決定的特點，僅通過為每個IGBT增加一個二極管，實現(xiàn)對兩個反向串聯(lián)IGBT的雙向短路保護，而無需額外增加短路保護電路。
[0017]進一步地，本實用新型利用一個內(nèi)含比較器的驅(qū)動芯片，同時實現(xiàn)對兩個反向串聯(lián)的IGBT的雙向短路保護功能，該雙向短路保護功能均由硬件觸發(fā)，實現(xiàn)軟關斷，從而在簡化電路的同時大大降低了成本，并提高了電路的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018]本實用新型的下列附圖在此作為本實用新型的一部分用于理解本實用新型。附圖中示出了本實用新型的實施例及其描述，用來解釋本實用新型的原理。
[0019]附圖中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的IGBT短路檢測保護電路的電路示意圖；
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的反向串聯(lián)的IGBT對短路檢測保護電路的電路示意圖；
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的基于IGBT可控整流電路的電路示意圖；
[0023]圖4用于說明圖3所示可控整流電路中在第一電流方向的IGBT短路檢測保護原理；
[0024]圖5用于說明圖3所示可控整流電路中在第二電流方向的IGBT短路檢測保護原理；
[0025]圖6不出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的基于IGBT整流電路的電路不意圖。
【具體實施方式】
[0026]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本實用新型更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本實用新型可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本實用新型發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0027]應當理解的是，本實用新型能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本實用新型的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
[0028]為了徹底理解本實用新型，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本實用新型的技術方案。本實用新型的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本實用新型還可以具有其他實施方式。
[0029]基于前述原理:根據(jù)Vce與Ic之間的關系，當Ic迅速增大時，Vce跟著上升，本實用新型提供一種IGBT短路檢測保護電路，用于IGBT的短路檢測以及保護，如圖1所示，該電路包括內(nèi)含比較器的驅(qū)動芯片1C，所述驅(qū)動芯片可以輸出PWM驅(qū)動信號來控制IGBT的導通和關斷，即PMW驅(qū)動信號為高電平時，IGBT導通，PMW驅(qū)動信號為低電平時，IGBT關斷。驅(qū)動芯片1C內(nèi)的比較器具有閾值引腳和檢測引腳Vdesat，所述閾值引腳為反相輸入端，其與閾值電壓連接，所述檢測引腳Vdesat為同相輸入端，其通過二極管D與IGBT的集電極C連接，所述檢測引腳Vdesat通過驅(qū)動芯片內(nèi)部的恒流源為所述二極管D提供檢測電流，比如大小為250uA的檢測電流，所述二極管D的陰極與所述IGBT的集電極C連接，IGBT的集電極C與輸入電壓連接，IGBT的發(fā)射極E與驅(qū)動信號參考地電壓連接，當IGBT導通時，電流從集電極流向發(fā)射極，此時二極管D也導通，檢測引腳Vdesat的輸入電壓為二極管D的壓降+IGBT集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce，如果IGBT出現(xiàn)短路，則集電極和發(fā)射極之間的電流Ic增大，因而集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce也增大，當所述檢測引腳處Vdesat的電壓大于所述閾值電壓，比如圖1中所述7V時，驅(qū)動芯片內(nèi)的比較器翻轉，進而驅(qū)動芯片輸出的PWM驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖?，所述IGBT關斷，實現(xiàn)短路保護。
[0030]基于上述IGBT短路檢測保護電路，本實用新型還提供一種IGBT短路檢測保護電路，用于對反相串聯(lián)的一對IGBT進行短路檢測保護，如圖2所示，所述一對IGBT包括第一IGBT (IGBT 1)和第二 IGBT (IGBT 2)，所述第一 IGBT的發(fā)射極E與所述第二 IGBT的發(fā)射極E連接，所述第一 IGBT的集電極與輸入電壓連接。內(nèi)含比較器的驅(qū)動芯片1C輸出端輸出PWM驅(qū)動信號，且與所述第一 IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時控制所述第一 IGBT和第二IGBT的導通。驅(qū)動芯片1C內(nèi)的比較器具有閾值引腳和檢測引腳Vdesat，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測引腳Vdesat分別通過第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測引腳Vdesat為所述第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3提供檢測電流，所述第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極C連接。
[0031]此外，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極C和發(fā)射極E之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管D2和第二續(xù)流二極管D4。此處的所謂反向并聯(lián)，即所述IGBT和所述續(xù)流二極管之間只有一個可以導通。
[0032]其中，所述檢測引腳Vdesat輸入的電壓大于所述閾值電壓時，所述驅(qū)動芯片1C輸出的PWM驅(qū)動信號變?yōu)榈碗娖?，所述第?IGBT和第二 IGBT關斷。具體地，當電流按照IGBT1 —續(xù)流二極管D4方向流動時，第一方向電流的Vce電壓獲取單元D1會實時獲取IGBT1兩端的壓降，并將其送入比較器的同相輸入端Vdesat與反向輸入端的閥值進行比較，從而實現(xiàn)第一方向電流的短路保護；當電流按照IGBT2 —續(xù)流二極管單元D2方向流動時，第二方向電流的Vce電壓獲取單元D3會實時獲取IGBT2兩端的壓降，并