專利名稱：高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓機(jī)電控制領(lǐng)域，特別涉及一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在功率控制電路中，高壓功率開關(guān)的短路、過流保護(hù)通常采用檢測回路電流與預(yù)置的保護(hù)值進(jìn)行比較，當(dāng)超過預(yù)置的保護(hù)值時，直接關(guān)斷高壓功率開關(guān)。這樣做存在以下缺點(diǎn)一是高壓功率開關(guān)工作在預(yù)置的保護(hù)值附近時，由于軟件或硬件的電路濾波處理，無法進(jìn)行有效的保護(hù)，造成保護(hù)失敗而損壞高壓功率開關(guān)；二是需要電流采樣器件及其判斷電路，成本較高；三是從短路檢測到保護(hù)動作的時間長達(dá)ms級，在高壓大電流的情況下，這個時間內(nèi)高壓功率開關(guān)可能已經(jīng)被損壞；四是短路檢測保護(hù)直接硬關(guān)斷，由于導(dǎo)線電感存在，產(chǎn)生反應(yīng)電動勢，高壓功率開關(guān)在硬關(guān)斷動作的瞬間會產(chǎn)生很高的電壓，容易被電壓擊穿造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，有效、可靠地保護(hù)高壓功率開關(guān)。為達(dá)到以上效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，高壓電源正極VDD依次連接高壓功率開關(guān)、負(fù)載后接高壓電源的地，負(fù)載兩端并聯(lián)有續(xù)流反向二極管D5，高壓功率開關(guān)的三級接有保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置由監(jiān)測及控制電路、復(fù)位電路構(gòu)成，所述監(jiān)測及控制電路有一個輸入端VO與控制信號相連，監(jiān)測及控制電路有四個輸出端，其中三個輸出端Vl、V2、V3與高壓功率開關(guān)的三級相連，另一個輸出端V4連接復(fù)位電路的輸入端V5,復(fù)位電路輸出端V6輸出信號至監(jiān)測及控制電路的輸入端V0。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果本電路中高壓功率MOSFET管或IGBT模塊的導(dǎo)通壓降直接反應(yīng)工作電流，一旦檢測到短路、過流，保護(hù)裝置可以快速軟關(guān)斷高壓功率開關(guān)，保護(hù)時間在微秒級。


圖I是本發(fā)明的原理框圖；圖2是高壓功率開關(guān)為高壓功率MOSFET管時的電路原理圖；圖3是高壓功率開關(guān)為高壓IGBT模塊時的電路原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合圖I至圖3，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述參閱圖1，一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，高壓電源正極VDD依次連接高壓功率開關(guān)10、負(fù)載20后接高壓電源的地，負(fù)載20兩端并聯(lián)有續(xù)流反向二極管D5，二極管D5的正極接高壓電源的地，高壓功率開關(guān)10的三級接有保護(hù)裝置30，所述保護(hù)裝置30由監(jiān)測及控制電路31、復(fù)位電路32構(gòu)成，所述監(jiān)測及控制電路31有一個輸入端VO與控制信號40相連，監(jiān)測及控制電路(31)有四個輸出端，其中三個輸出端V1、V2、V3與高壓功率開關(guān)10的三級相連，另一個輸出端V4連接復(fù)位電路32的輸入端V5，復(fù)位電路32輸出端V6輸出信號至監(jiān)測及控制電路31的輸入端VO。參閱圖2、圖3，本實施例中采用如下電路圖實現(xiàn)，所述監(jiān)測及控制電路31包括高壓驅(qū)動芯片NI，所述高壓驅(qū)動芯片NI的引腳1、4、5、8接地，引腳9、12、16接參考地GND1，引腳14通過電容C2接參考地GND1，引腳2、13接+5V電壓；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳2、5之間依次連接有電阻Rl和電容Cl，所述電阻R1、電容Cl之間引出一條支路與高壓驅(qū)動芯片NI的引腳3相連，并作為監(jiān)測及控制電路31的輸出端V4與復(fù)位電路32輸入端V5相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳6、7相連并作為監(jiān)測及控制電路32的輸入端VO與控制信號40相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳9、11之間依次連接有穩(wěn)壓二極管D3和電阻R3，所述穩(wěn)壓二極管D3的正極接高壓驅(qū)動芯片NI的引腳9并作為監(jiān)測及控制電路31的一個輸出端V3與高壓功率開關(guān)10相連，所述電阻R3和穩(wěn)壓二極管D3之間引出一條支路作為監(jiān)測及控制電路31的一個輸出端V2與高壓功率開關(guān)10相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳14經(jīng)過電阻R2連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管D2的正極相連，穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極作為監(jiān)測及控制電路31的一個輸出端Vl與高壓功率開關(guān)10相連。所述復(fù)位電路32包括復(fù)位芯片N2，所述復(fù)位芯片N2的引腳I作為復(fù)位電路32的輸入端V5與監(jiān)測及控制電路31相連，引腳2接+5V電壓，引腳3接地，引腳2、3之間連接有電容C3 ;三極管Ql的基極通過電阻R4、二極管D4接+5V電壓，所述二極管D4的負(fù)極與+5V電壓相連，所述電阻R4、二極管D4間引出一條支路與復(fù)位芯片N2的引腳8相連；所述三極管Ql的基極和發(fā)射極之間連接有電阻R5，三極管Ql的發(fā)射極接地，集電極作為復(fù)位電路32的輸出端V6與監(jiān)測及控制電路31的輸入端VO相連。所述電路中的高壓功率開關(guān)有兩種選擇其一，所述高壓功率開關(guān)10為高壓功率MOSFET管，高壓功率MOSFET管的漏極與高壓電源正極VDD、監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極相連，高壓功率MOSFET管的源極與負(fù)載20、監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D3的正極相連，高壓功率MOSFET管的柵極與監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D3的負(fù)極相連。其二，所述高壓功率開關(guān)10為高壓IGBT模塊，所述高壓IGBT模塊的集電極與高壓電源正極VDD、監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極相連，高壓IGBT模塊的發(fā)射極與負(fù)載、監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D3的正極相連，高壓IGBT模塊的柵極與監(jiān)測及控制電路31中穩(wěn)壓二極管D3的負(fù)極相連。所述復(fù)位電路32中復(fù)位芯片N2的引腳7作為另一個輸出端V7連接MCU或指示燈50，可以用于指示電路的工作狀態(tài)?，F(xiàn)在以高壓功率MOSFET管為例，簡要說明其工作原理，如下檢測及控制電路31中，采用專用的驅(qū)動芯片N1ACPL-333J產(chǎn)生驅(qū)動高壓功率MOSFET管的柵源極電壓，當(dāng)柵源極電壓為OV時，高壓功率MOSFET管截止，A點(diǎn)電壓(相對與B點(diǎn))等于柵極電壓即0V，V4輸出高電平；當(dāng)驅(qū)動芯片輸出柵極電壓使高壓功率MOSFET管導(dǎo)通時，A點(diǎn)電壓等于高壓功率MOSFET管導(dǎo)通壓降加上二極管Dl和穩(wěn)壓二極管D2的管壓降，R2為限流電阻，A點(diǎn)電壓與高壓驅(qū)動芯片NI內(nèi)部Vdesat檢測電壓比較，當(dāng)大于高壓驅(qū)動芯片NI內(nèi)部Vdesat檢測電壓時，高壓驅(qū)動芯片NI驅(qū)動?xùn)旁礃O電壓信號5us內(nèi)徹底軟關(guān)斷高壓功率開關(guān)10，從而實現(xiàn)高壓功率開關(guān)10的保護(hù)；同時V4輸出低電平送至復(fù)位電路32的輸入端V5，即送至復(fù)位芯片N2SP708EN的引腳I ;復(fù)位芯片N2SP708EN產(chǎn)生200ms封鎖信號使三極管Ql導(dǎo)通，復(fù)位電路32輸出端V6輸出低電平，控制信號無效；復(fù)位芯片N2SP708EN還產(chǎn)生信號V7上報給MCU或指示燈進(jìn)行顯示。上文中所說的高壓功率MOSFET管導(dǎo)通壓降=導(dǎo)通電阻X工作電流，通過高壓功率開關(guān)10的導(dǎo)通電阻與高壓功率開關(guān)10可以承受的短路電流乘積作為短路保護(hù)的保護(hù)電壓，實際應(yīng)用時，考慮保護(hù)速度以及余量等因素，保護(hù)電壓可以略低一點(diǎn)點(diǎn)。當(dāng)檢測到高壓功率開關(guān)10的導(dǎo)通壓降超過保護(hù)電壓值時進(jìn)行保護(hù)，不需要電流檢測器件。另外，高壓功率開關(guān)10的導(dǎo)通電阻與工作溫度有關(guān)，溫度越高導(dǎo)通電阻越大，高壓功率開關(guān)10的導(dǎo)通壓降越大，功耗也越大，溫升越大。因此，采用高壓功率開關(guān)器件導(dǎo)通壓降進(jìn)行保護(hù)兼有過流保護(hù)和溫度保護(hù)的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，高壓電源正極VDD依次連接高壓功率開關(guān)(10)、負(fù)載(20)后接高壓電源的地，負(fù)載(20)兩端并聯(lián)有續(xù)流反向二極管D5，高壓功率開關(guān)(10)的三級接有保護(hù)裝置(30)，其特征在于所述保護(hù)裝置(30)由監(jiān)測及控制電路(31)、復(fù)位電路(32)構(gòu)成，所述監(jiān)測及控制電路(31)有一個輸入端VO與控制信號(40)相連，監(jiān)測及控制電路(31)有四個輸出端，其中三個輸出端VI、V2、V3與高壓功率開關(guān)(10)的三級相連，另一個輸出端V4連接復(fù)位電路(32)的輸入端V5，復(fù)位電路(32)輸出端V6輸出信號至監(jiān)測及控制電路(31)的輸入端VO。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，其特征在于所述監(jiān)測及控制電路(31)包括高壓驅(qū)動芯片NI，所述高壓驅(qū)動芯片NI的引腳1、4、5、8接地，引腳9、12、16接參考地GND1，引腳14通過電容C2接參考地GND1，引腳2、13接+5V電壓；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳2、5之間依次連接有電阻Rl和電容Cl，所述電阻R1、電容Cl之間引出一條支路與高壓驅(qū)動芯片NI的引腳3相連，并作為監(jiān)測及控制電路(31)的輸出端V4與復(fù)位電路(32)輸入端V5相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳6、7相連并作為監(jiān)測及控制電路(32)的輸入端VO與控制信號(40)相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳9、11之間依次連接有穩(wěn)壓二極管D3和電阻R3，所述穩(wěn)壓二極管D3的正極接高壓驅(qū)動芯片NI的引腳9并作為監(jiān)測及控制電路(31)的一個輸出端V3與高壓功率開關(guān)(10)相連，所述電阻R3和穩(wěn)壓二極管D3之間引出一條支路作為監(jiān)測及控制電路(31)的一個輸出端V2與高壓功率開關(guān)(10)相連；高壓驅(qū)動芯片NI的引腳14經(jīng)過電阻R2連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管D2的正極相連，穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極作為監(jiān)測及控制電路(31)的一個輸出端Vl與高壓功率開關(guān)(10)相連。
3.如權(quán)利要求I所述的高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，其特征在于所述復(fù)位電路(32)包括復(fù)位芯片N2，所述復(fù)位芯片N2的引腳I作為復(fù)位電路(32)的輸入端V5與監(jiān)測及控制電路(31)相連，引腳2接+5V電壓，引腳3接地，引腳2、3之間連接有電容C3 ;三極管Ql的基極通過電阻R4、二極管D4接+5V電壓，所述二極管D4的負(fù)極與+5V電壓相連，所述電阻R4、二極管D4間引出一條支路與復(fù)位芯片N2的引腳8相連；所述三極管Ql的基極和發(fā)射極之間連接有電阻R5，三極管Ql的發(fā)射極接地，集電極作為復(fù)位電路(32)的輸出端V6與監(jiān)測及控制電路(31)的輸入端VO相連。
4.如權(quán)利要求I或2所述的高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，其特征在于所述高壓功率開關(guān)(10)為高壓功率MOSFET管，所述高壓功率MOSFET管的漏極與高壓電源正極VDD、監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極相連，高壓功率MOSFET管的源極與負(fù)載(20)、監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D3的正極相連，高壓功率MOSFET管的柵極與監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D3的負(fù)極相連。
5.如權(quán)利要求I或2所述的高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，其特征在于所述高壓功率開關(guān)(10)為高壓IGBT模塊，所述高壓IGBT模塊的集電極與高壓電源正極VDD、監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極相連，高壓IGBT模塊的發(fā)射極與負(fù)載、監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D3的正極相連，高壓IGBT模塊的柵極與監(jiān)測及控制電路(31)中穩(wěn)壓二極管D3的負(fù)極相連。
6.如權(quán)利要求I或3所述的高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，其特征在于所述復(fù)位電路(32)中復(fù)位芯片N2的引腳7作為另一個輸出端V7連接MCU或指示燈(50)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓機(jī)電控制領(lǐng)域，特別涉及一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置。一種高壓功率開關(guān)保護(hù)裝置，高壓電源正極VDD依次連接高壓功率開關(guān)、負(fù)載后接高壓電源的地，負(fù)載兩端并聯(lián)有續(xù)流反向二極管D5，高壓功率開關(guān)的三級接有保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置由監(jiān)測及控制電路、復(fù)位電路構(gòu)成。本電路中高壓功率MOSFET管或IGBT模塊的導(dǎo)通壓降直接反應(yīng)工作電流，一旦檢測到短路、過流，保護(hù)裝置可以快速軟關(guān)斷高壓功率開關(guān)，保護(hù)時間在微秒級。
文檔編號H03K17/08GK102983844SQ20121054472
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月15日
發(fā)明者張亮, 王文兵, 季正峰, 李軍, 劇東梅, 于宏偉, 王燕玲 申請人:合肥同智機(jī)電控制技術(shù)股份有限公司