專利名稱:一種igbt過流或短路狀態(tài)檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于電路領(lǐng)域,具體說是涉及一種用于保護IGBT的過流與短路的電路。
背景技術(shù):
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)是現(xiàn)代功率變 換技術(shù)的核心器件,對它的過流與短路保護對于整個變換設(shè)備的可靠性起到非常大的作用。目前常見的對絕緣柵雙極晶體管的保護有以下幾種方式1)采用霍爾電流傳感器檢測功率變換裝置的輸出電流,設(shè)立限流閥值,用比較器 進(jìn)行比較,輸出過流保護信號。其缺點在于霍爾傳感器工作在一個高輻射的環(huán)境中,輸出 的電流信號噪聲大,容易造成系統(tǒng)誤動作。同時霍爾器件非常昂貴,系統(tǒng)成本較高。同時還 需要提供電源,有些器件還需要提供雙電源。2)采用互感器檢測電流,設(shè)立限流閥值,用比較器進(jìn)行比較,輸出過流保護信號。 其缺點在于這種方法不能對直流電流進(jìn)行檢測。同時其響應(yīng)速度慢,延時長,不能進(jìn)行短 路保護。3)采用分流器檢測電流,對分流器信號進(jìn)行運算放大,然后設(shè)立限流閥值,用比較 器進(jìn)行比較,輸出過流保護信號。其缺點在于占用線路板面積較多,需要一片運放和一片 比較器,成本也較高??垢蓴_性較差,系統(tǒng)有時會誤動作。4)采用檢測功率管管壓降的方法,當(dāng)功率管管壓降升高到設(shè)定的閥值時,觸發(fā)保 護。其缺點在于不同類型的功率管,管壓降特性不同,同時還受工作溫度的影響。電路通 用性差。5)采用分流器直接檢測,送給特定電路實現(xiàn)保護,如在小功率變頻器中,如采用仙 童的IPM模塊(如FSBB20CH60型)或三菱的IPM模塊。這兩個廠家的IPM模塊技術(shù)特征是 一致的。其缺點在于IGBT的下橋臂三個發(fā)射極管腳通過分流器接地,分流器產(chǎn)生的電壓 信號會對IGBT的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生擾動;該種保護電路只能配合特定的模塊,通用性差。 其具體應(yīng)用電路如圖1所示。上述常見的對IGBT的保護,在工作中常常帶來諸多不變。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于對IGBT進(jìn)行的過流或短路狀態(tài)進(jìn)行 檢測的電路,以最小的電路板布板面積,實現(xiàn)最有效的功率管保護。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路, 包括分流電路、電容、晶體管、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ;所述分流電路的一端與功率電壓 源的負(fù)極電連接于節(jié)點A,所述分流電路的另一端與功率變換電路的下橋臂的發(fā)射極以及 IGBT驅(qū)動電路的信號接地端電連接于節(jié)點B ;所述晶體管的開關(guān)控制極和所述電容的一端 電連接于節(jié)點A ;所述電阻Rl的一端電連接于節(jié)點A ;所述電容的另一端和所述電阻Rl的另一端均與所述晶體管的第二極電連接;所述晶體管的第三極分別與所述電阻R2的一端 和所述電阻R3的一端電連接;所述電阻R2的另一端接高電平PVCC ;所述電阻R3的另一端 輸出保護信號0C。工作時,功率變換電路始終有大電流流出,當(dāng)電流流過分流電路時,會產(chǎn)生壓降, 當(dāng)分流電路上的壓降小于0. 6V時,晶體管關(guān)斷,保護信號OC為高電平PVCC ;當(dāng)分流器電阻 上的壓降大于0. 6V時,晶體管導(dǎo)通,保護信號OC被鉗位到分流電路的電平,分流電路的電 平與IGBT驅(qū)動電路的低電平一致,因此晶體管導(dǎo)通時,保護信號OC為低電平,通過該電路, 實現(xiàn)了保護觸發(fā)信號的邏輯翻轉(zhuǎn);分流電路、電阻Rl和電容Cl組成一個濾波器,濾除功率 變換電路續(xù)流期間產(chǎn)生的尖峰。具體原理是,由于晶體管的開關(guān)控制極電路與分流電路并聯(lián),在晶體管的控制極 和第二極施加電壓大于0. 6V時,晶體管導(dǎo)通翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生一個由高向低的跳變,該邏輯信號 可以用來進(jìn)行過流和短路保護,如可以用來觸發(fā)某些硬件觸發(fā)器來關(guān)斷IGBT驅(qū)動電路的 輸出,也可以直接或變換后送給CPU,由CPU關(guān)斷驅(qū)動信號,實現(xiàn)保護。在本發(fā)明的電路中,IGBT驅(qū)動電路的信號接地端和功率變換電路的下橋臂的發(fā)射 極是連接在一起的,是絕對等電位的,這樣就避免了分流電路上的壓降對驅(qū)動電路的擾動, 當(dāng)分流電路上的電壓超過晶體管的導(dǎo)通門限后,晶體管導(dǎo)通翻轉(zhuǎn),輸出保護信號OC信號, 用作過流保護,根據(jù)功率變換電路的保護要求,合理選用分流電路的阻值,該電路可以很好 的起到過流與短路的保護作用;所述的電阻和電容組成一個小慣量濾波器。本發(fā)明應(yīng)用在變頻調(diào)速器,在電機絕緣破壞或接線導(dǎo)致輸出短路時,CPU檢測到保 護信號OC的下跳沿后,立即關(guān)斷功率器件,保證了變頻調(diào)速器的安全,當(dāng)故障狀態(tài)修復(fù)后, 變頻調(diào)速器仍然正常工作。本發(fā)明應(yīng)用在大功率的特種逆變電源中,當(dāng)逆變器過流時,通過 光耦將保護信號OC傳遞到CPU中,CPU被該信號觸發(fā)短路與過流保護中斷,關(guān)斷功率變換 器件,保護了大功率特種逆變電源的安全。本發(fā)明還可應(yīng)用在PWM整流電路中,保護PWM整 流器件的安全。除上述應(yīng)用領(lǐng)域外,本發(fā)明可以應(yīng)用在所有由可關(guān)斷功率器件組成的功率 變換電路中,有效的實現(xiàn)功率器件的過流與短路保護。進(jìn)一步,所述分流電路為分流器電阻。進(jìn)一步,所述分流器電阻為毫歐級功率電阻。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,占用PCB面積小。進(jìn)一步,所述晶體管為晶體三極管,所述開關(guān)控制極為基極,所述第二極為發(fā)射 極,所述第三極為集電極。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是,晶體三極管為電流驅(qū)動器件,對噪聲電壓信 號具有很好的抗干擾能力。本發(fā)明使用元件少,成本低,占用PCB面積?。籌GBT驅(qū)動電路與功率變換電路直接 共地,分流電路壓降對IGBT驅(qū)動電路無擾動,功率變換工作可靠穩(wěn)定。而其他采用分流器 保護的電路,在變換級的地與驅(qū)動級的地之間隔著分流器,分流器上的壓降與噪聲信號會 對驅(qū)動信號產(chǎn)生擾動。這是本發(fā)明與現(xiàn)有過流與短路保護的明顯區(qū)別。本發(fā)明實現(xiàn)了用最 低的成本,最小的電路板布板面積,實現(xiàn)最有效的功率管保護,并解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。 本發(fā)明輸出信號為邏輯信號,信號電壓擺幅寬,抗干擾性好,晶體管的開關(guān)控制極電路由于 與分流電路并聯(lián),因此輸入阻抗極低,抗干擾能力強。本發(fā)明保護速度快,基極電路的阻抗極低,因此延時很小,同時,分流電路產(chǎn)生的門限觸發(fā)信號,當(dāng)晶體管從關(guān)斷到導(dǎo)通翻轉(zhuǎn)時, 產(chǎn)生正反饋,增大邏輯信號翻轉(zhuǎn)的邏輯擺幅,在本電路中,器件少,信號通過的級數(shù)少,延時 短;本發(fā)明的電路通用性強,不依賴特定的器件,對任何器件組成的功率變換電路均可以起 到信號檢測與保護的作用,稍加變換,就可以實現(xiàn)不同的極性輸出,即可以直接輸出保護信 號給相關(guān)電路,也可以隔離輸出保護信號。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種對絕緣柵雙極晶體管進(jìn)行保護的電路結(jié)構(gòu)圖;圖2是本發(fā)明避免IGBT過流或短路的電路的結(jié)構(gòu)圖;圖3是本發(fā)明的一種實施方式電路結(jié)構(gòu)圖;圖4為本發(fā)明的第二實施方式電路結(jié)構(gòu)圖;圖5為圖4的電路功能框圖;圖6為本發(fā)明第三實施方式電路功能框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述,所舉實例只用于解釋本發(fā)明,并 非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖2所示,本發(fā)明的IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,包括分流器電阻R6 (圖2未 畫出)、電容Cl、晶體三極管Q1、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ;其中,分流器電阻R6為毫歐級 功率電阻;分流器電阻R6的一端與功率電壓源的負(fù)極電連接于節(jié)點A,即I_SHUNT-節(jié)點, 分流器電阻R6的另一端與功率變換電路的下橋臂的發(fā)射極以及IGBT驅(qū)動電路的信號接地 端電連接于節(jié)點B,即I_SHUNT+節(jié)點;晶體三極管Ql的基極和電容Cl的一端電連接于1_ SHUNT+節(jié)點;電阻Rl的一端電連接于I_SHUNT-節(jié)點;電容Cl的另一端和電阻Rl的另一 端均與晶體三極管Ql的發(fā)射極電連接;晶體三極管Ql的集電極分別與電阻R2的一端和電 阻R3的一端電連接;電阻R2的另一端接高電平PVCC ;電阻R3的另一端輸出保護信號0C。 電阻Rl和電容Cl對從分流器電阻R6上采集的信號進(jìn)行濾波,然后施加到晶體三極管Ql 的基極與發(fā)射極。圖3所示為本發(fā)明的一個具體實施例,其具體保護IGBT的過流與短路的原理如 下晶體三極管Ql接在分流器電阻R6的兩端,當(dāng)分流器電阻R6上的壓降小于0. 6V 時,晶體三極管Ql關(guān)斷,保護信號OC為高電平PVCC ;當(dāng)分流器電阻R6上的壓降大于0. 6V 時,晶體三極管Ql導(dǎo)通,保護信號OC被鉗位到分流器電阻R6的電平,分流器電阻R6的電 平一端等于信號地電平,另一端比信號地電平還低0. 6V,因此晶體三極管Ql導(dǎo)通時,保護 信號OC為低電平,通過該電路,實現(xiàn)了保護觸發(fā)信號的邏輯翻轉(zhuǎn),電阻Rl和電容Cl組成一 個小慣量濾波器,濾除功率變換電路續(xù)流期間產(chǎn)生的尖峰及其他干擾。晶體三極管Ql的基極電路與分流器電阻R6并聯(lián),在晶體三極管Ql的基極和發(fā)射 極施加的電壓大于0. 6V時,晶體三極管Ql導(dǎo)通翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生一個由高向低的跳變,該邏輯信 號用來進(jìn)行過流和短路保護。在本發(fā)明電路中,從圖3所示的實際應(yīng)用電路中可以看出,IGBT驅(qū)動電路的信號地GNDl和功率變換電路的下橋臂的發(fā)射極(絕緣柵雙極晶體管Q4、絕緣柵雙極晶體管Q5 和絕緣柵雙極晶體管Q6的發(fā)射極)是連接在一起的,是絕對等電位的,這樣就避免了分流 器電阻R6上的壓降對IGBT驅(qū)動電路的擾動,當(dāng)分流器電阻R6上的電壓超過晶體三極管Ql 的導(dǎo)通門限后,晶體三極管Ql導(dǎo)通翻轉(zhuǎn),輸出保護信號OC信號,用作過流保護,根據(jù)功率變 換電路的保護要求,合理選用分流器電阻R6的阻值,該電路可以很好的起到過流與短路的 保護作用;所述的電阻Rl和電容Cl組成一個小慣量濾波器。圖3所示的實施例與圖1所示的一種現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明IGBT驅(qū)動電路與功率 變換電路直接共地,分流器電阻R6的壓降對IGBT驅(qū)動電路無擾動,功率變換工作可靠穩(wěn) 定;而如圖1所示的一種現(xiàn)有采用分流器保護的電路,在功率變換電路的地與IGBT驅(qū)動電 路的地之間隔著分流器電阻R6,分流器電阻R6上的壓降與噪聲信號會對驅(qū)動信號產(chǎn)生擾 動,這是本發(fā)明與他們的明顯區(qū)別。本發(fā)明的輸出信號為邏輯信號,信號電壓擺幅寬,抗干 擾性好。同時電路采用晶體三極管Ql作為邏輯信號的控制器件,而晶體三極管Ql為電流 驅(qū)動器件,因此對噪聲電壓信號具有很好的抗干擾能力。晶體三極管Ql的基極電路由于與 分流器電阻R6并聯(lián),因此輸入阻抗極低,抗干擾能力極強,保護速度快,基極電路的阻抗極 低,因此延時很小,同時,分流器電阻R6產(chǎn)生的門限觸發(fā)信號,當(dāng)晶體三極管Ql從關(guān)斷到導(dǎo) 通翻轉(zhuǎn)時,產(chǎn)生正反饋,增大邏輯信號翻轉(zhuǎn)的邏輯擺幅。在本發(fā)明的電路中,器件很少,信號 通過的級數(shù)很少,延時很少;該電路通用性強,不依賴特定的器件,對任何器件組成的功率 變換電路均可以起到信號檢測與保護的作用,稍加變換,就可以實現(xiàn)不同的極性輸出。本發(fā)明可應(yīng)用于變頻調(diào)速器中,在電機絕緣破壞或接線導(dǎo)致輸出短路時,本電路 動作,CPU檢測到保護信號下跳沿后,立即關(guān)斷功率器件,保證了變頻調(diào)速器的安全。當(dāng)故 障狀態(tài)修復(fù)后,變頻調(diào)速器仍然可以正常工作。本發(fā)明還可應(yīng)用在大功率的特種逆變電源中,當(dāng)逆變器過流時,本發(fā)明電路動作, 通過光耦將該信號傳遞到CPU中。CPU被該信號觸發(fā)短路與過流保護中斷,關(guān)斷功率變換器 件,保護了特種逆變電源的安全。另夕卜,本發(fā)明還可以應(yīng)用在PWM整流電路中,保護PWM整流器件的安全。本發(fā)明可 以應(yīng)用在所有由可關(guān)斷功率器件組成的功率變換電路中,有效的實現(xiàn)功率器件的過流與短 路保護。本發(fā)明的檢測電路即可以串聯(lián)在單管功率回路中,也可以串聯(lián)在一個功率橋臂 中,也可以串聯(lián)在一個完整的相逆變電路的功率回路中,其功能框圖如圖4、圖5和圖6所
7J\ ο以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,其特征在于包括分流電路、電容、晶體管、電 阻R1、電阻R2和電阻R3 ;所述分流電路的一端與功率電壓源的負(fù)極電連接于節(jié)點A,所述 分流電路的另一端與功率變換電路的下橋臂的發(fā)射極以及IGBT驅(qū)動電路的信號接地端電 連接于節(jié)點B ;所述晶體管的開關(guān)控制極和所述電容的一端電連接于節(jié)點B ;所述電阻Rl 的一端電連接于節(jié)點A ;所述電容的另一端和所述電阻Rl的另一端均與所述晶體管的第二 極電連接;所述晶體管的第三極分別與所述電阻R2的一端和所述電阻R3的一端電連接; 所述電阻R2的另一端接高電平PVCC ;所述電阻R3的另一端輸出保護信號0C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,其特征在于所述分流電路 為分流器電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,其特征在于所述分流器電 阻為毫歐級功率電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,其特征在于所 述晶體管為晶體三極管,所述開關(guān)控制極為基極,所述第二極為發(fā)射極,所述第三極為集電 極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種IGBT過流或短路狀態(tài)檢測電路,包括分流電路、電容、晶體管、電阻R1、電阻R2和電阻R3,其中,分流電路的一端與功率電壓源的負(fù)極電連接于節(jié)點A,分流電路的另一端與功率變換電路的下橋臂的發(fā)射極以及IGBT驅(qū)動電路的信號接地端電連接于節(jié)點B;晶體管的開關(guān)控制極和電容的一端電連接于節(jié)點B;電阻R1的一端電連接于節(jié)點A;電容的另一端和電阻R1的另一端均與晶體管的第二極電連接;晶體管的第三極分別與電阻R2的一端和電阻R 3的一端電連接;電阻R2的另一端接高電平PVCC;電阻R3的另一端輸出保護信號OC。本發(fā)明使用元件少,成本低,占用PCB面積小,響應(yīng)迅速可靠,分流電路壓降對IGBT驅(qū)動電路無擾動,功率變換工作可靠穩(wěn)定。
文檔編號G01R19/165GK102097789SQ201010557028
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者黃金亮 申請人:黃金亮