專利名稱：Igbt驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子器件保護技術(shù)，尤其涉及一種接IGBT驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極型三極管(InsulatedGate Bipolar Transistor, IGBT)具有易驅(qū)動、高耐壓、電流容量大、高速和低飽和壓降等良好特性，故得到了極為廣泛的應(yīng)用，例如廣泛應(yīng)用于變頻電源、電機調(diào)整和逆變焊機等設(shè)備中。IGBT和其他電子器件一樣，除自身所能夠提供的器件性能外，實用性還依賴于電路條件和開關(guān)環(huán)境，因此如何對IGBT進行驅(qū)動和保護以確保IGBT的可靠、安全工作，是IGBT電路設(shè)計的難點和關(guān)鍵。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種IGBT驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對IGBT進行有效、可靠的驅(qū)動電壓監(jiān)測及短路、過流保護。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種IGBT驅(qū)動保護電路，包括控制芯片、驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊和短路及過流保護模塊，其中所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊與所述控制芯片連接，用于當(dāng)監(jiān)測獲知IGBT的驅(qū)動電壓低于預(yù)設(shè)電壓時，向所述控制芯片提供低電平的電壓監(jiān)測信號；所述控制芯片用于若接收到所述低電平的電壓監(jiān)測信號，則發(fā)送第一故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第一故障信號對所述IGBT進行欠壓保護處理；所述控制芯片還與所述短路及過流保護模塊連接，還用于接收所述IGBT的集電極電壓和預(yù)設(shè)參考電壓，若比較獲知所述集電極電壓大于等于所述預(yù)設(shè)參考電壓，則從所述短路及過流保護模塊獲取故障信號時長指示信號，并根據(jù)所述故障信號時長指示信號發(fā)送第二故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第二故障信號對所述IGBT進行短路及過流保護處理。進一步地，在上述IGBT驅(qū)動保護電路中，所述控制芯片為NE555芯片；相應(yīng)地，所述NE555芯片通過第一引腳、第四引腳和第八引腳，與所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊連接；通過第五引腳接收所述預(yù)設(shè)參考電壓；通過第六引腳接收所述IGBT的集電極電壓；通過第一引腳、第二引腳、第三引腳和第八引腳，與所述短路及過流保護模塊連接；通過第七引腳輸出所述第一故障信號和所述第二故障信號，其中所述第一引腳接地GND，所述第八引腳接與所述驅(qū)動電壓連接。進一步地,在上述IGBT驅(qū)動保護電路中，還包括 連接在所述驅(qū)動電壓與所述GND之間的第一電容。進一步地，在上述IGBT驅(qū)動保護電路中，所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊包括PNP型三極管、連接在所述驅(qū)動電壓與所述PNP型三極管的基極之間的第一電阻、連接在所述驅(qū)動電壓與所述PNP型三極管的發(fā)射極之間的第二電阻、連接在所述GND與所述PNP型三極管的基極之間的穩(wěn)壓管，以及連接在所述GND與所述PNP型三極管的集電極之間的第三電阻。進一步地，在上述IGBT驅(qū)動保護電路中，所述短路及過流保護模塊包括絕緣柵場效應(yīng)管和第二電容，其中所述絕緣柵場效應(yīng)管用于在所述IGBT無故障時開通，并在開通時對所述第二電容進行充電 ；在所述IGBT有故障時截止，并在截止時對所述第二電容進行放電；所述第二電容用于在放電狀態(tài)下，向所述控制芯片提供故障信號時長指示信號。進一步地，在上述IGBT驅(qū)動保護電路中，還包括連接在所述集電極電壓與GND之間的第三電容。根據(jù)本實用新型的另一方面，還提供一種IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)，其特征在于，包括本實用新型提供的IGBT驅(qū)動保護電路、用于向所述IGBT驅(qū)動保護電路提供IGBT的驅(qū)動電壓和預(yù)設(shè)參考電壓的電源模塊、用于向所述IGBT驅(qū)動保護電路提供IGBT的集電極電壓的門極驅(qū)動模塊，以及與所述IGBT驅(qū)動保護電路連接的脈沖處理模塊，所述脈沖處理模塊用于接收所述IGBT驅(qū)動保護電路生成的第一故障信號和/或第二故障信號，并且根據(jù)所述第一故障信號和/或第二故障信號封鎖脈沖并關(guān)斷所述IGBT。根據(jù)本實用新型提供的IGBT驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)，通過利用一個控制芯片、與控制芯片連接的驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊，以及與控制芯片連接的短路及過流保護模塊，同時實現(xiàn)了對IGBT的欠壓保護和短路、過流保護。由于控制芯片本身具有較高的集成度，其能夠提供可靠、準確度高、邏輯較為復(fù)雜的多項處理，因此在搭建IGBT驅(qū)動保護電路時，僅需基于控制芯片搭建包括少量電子器件的外圍電路，即可實現(xiàn)對IGBT的高效、且可靠性高的監(jiān)測及保護。

圖I為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護電路的具體電路圖。圖3為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖I為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該IGBT驅(qū)動保護電路包括控制芯片11、驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊12和短路及過流保護模塊13，其中驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊12與所述控制芯片11連接，用于當(dāng)監(jiān)測獲知IGBT的驅(qū)動電壓低于預(yù)設(shè)電壓時，向所述控制芯片11提供低電平的電壓監(jiān)測信號；所述控制芯片11用于若接收到所述低電平的電壓監(jiān)測信號，則發(fā)送第一故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第一故障信號對所述IGBT進行欠壓保護處理；所述控制芯片11還與所述短路及過流保護模塊13連接，還用于接收所述IGBT的集電極電壓和預(yù)設(shè)參考電壓，若比較獲知所述集電極電壓大于等于所述預(yù)設(shè)參考電壓，則從所述短路及過流保護模塊13獲取故障信號時長指示信號，并根據(jù)所述故障信號時長指示信號發(fā)送第二故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第二故障信號對所述IGBT進行短路及過流保護處理。[0027]上述第一故障信號與第二故障信號可以相同或不同，此處不做限定。根據(jù)上述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路，通過利用一個控制芯片、與控制芯片連接的驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊，以及與控制芯片連接的短路及過流保護模塊，同時實現(xiàn)了對IGBT的欠壓保護和短路、過流保護。由于控制芯片本身具有較高的集成度，其能夠提供可靠、準確度高、邏輯較為復(fù)雜的多項處理，因此在搭建IGBT驅(qū)動保護電路時，僅需基于控制芯片搭建包括少量電子器件的外圍電路，即可實現(xiàn)對IGBT的高效、且可靠性高的監(jiān)測及保護。進一步地，在上述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路中，控制芯片優(yōu)選為NE555芯片。其中，NE555芯片是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。其工作方式一般可以歸納為三類，即單穩(wěn)態(tài)、雙 穩(wěn)態(tài)和無穩(wěn)態(tài)。其中，單穩(wěn)態(tài)主要用于定時器，消除抖動，分、倍頻和脈沖輸出等；雙穩(wěn)態(tài)主要用于比較器、鎖存器、反相器、方波輸出及整形等；無穩(wěn)態(tài)主要用于方波輸出、電源變換和定時等。上述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路中，NE555芯片主要工作在單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)，用于定時器和比較器。圖2為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護電路的具體電路圖。如圖2所示，NE555芯片的8個引腳用于實現(xiàn)以下連接NE555芯片通過第一引腳、第四引腳和第八引腳，與驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊連接；通過第五引腳接收預(yù)設(shè)參考電壓(Vref);通過第六引腳接收IGBT的集電極電壓(Vce);通過第一引腳、第二引腳、第三引腳和第八引腳，與短路及過流保護模塊連接；通過第七引腳輸出第一故障信號和第二故障信號，其中第一引腳接地(GND)，第八引腳接與驅(qū)動電壓(VDD)連接。更為具體地，驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊包括PNP型三極管、連接在所述驅(qū)動電壓與PNP型三極管(VTl)的基極之間的第一電阻(Rl，例如為I. 5K歐)、連接在驅(qū)動電壓VDD與PNP型三極管VTl的發(fā)射極之間的第二電阻(R2，例如為6. 8K歐)、連接在接地GND與PNP型三極管VTl的基極之間的穩(wěn)壓管(Z1，例如使用集成有兩個穩(wěn)壓管的Z4型穩(wěn)壓管設(shè)備，可選取其中任意一個接入電路，另一個空置)，以及連接在接地GND與PNP型三極管VTl的集電極之間的第三電阻(R3，例如為100K歐)。其中，PNP型三極管VTl的集電極與NE555芯片的第四引腳連接，用于根據(jù)該PNP型三極管VTl的導(dǎo)通或截止，向NE555芯片的第四引腳輸入相應(yīng)的高電平或低電平。第三電阻R3用作限流電阻，第一電阻R1、第二電阻R2以及穩(wěn)壓管Zl均用于控制PNP型三極管VTl的導(dǎo)通或截止。驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊與NE555芯片相配合，實現(xiàn)驅(qū)動電壓監(jiān)測的原理如下驅(qū)動電壓VDD為待監(jiān)測的電壓，同時驅(qū)動電壓VDD也為NE555芯片供電，當(dāng)驅(qū)動電壓VDD正常時，PNP型三極管VTl導(dǎo)通，NE555芯片正常工作；當(dāng)驅(qū)動電壓VDD過低時，PNP型三極管VTl截止，NE555芯片處于復(fù)位狀態(tài),此時NE555芯片的第七引腳輸出低電平故障信號,封鎖脈沖并關(guān)斷IGBT。通過這種方式，實現(xiàn)了在驅(qū)動電壓處于欠壓狀態(tài)時，對IGBT的保護。進一步地，短路及過流保護模塊包括絕緣柵場效應(yīng)管(VT2，例如為SS型號的N溝道增強型MOS管)和第二電容(C2，例如為330nF)，其中絕緣柵場效應(yīng)管VT2在IGBT無故障時開通，此時對第二電容C2進行充電；以及在IGBT有故障時截止，此時對第二電容C2進行放電。第二電容C2用于在放電狀態(tài)下，向控制芯片提供故障信號時長指示信號。[0037]更為具體地，短路及過流保護模塊還可包括第四電阻(R4，例如為33K)、第五電阻(R5，例如為10K)和第六電阻(R6，例如為100K)。其中，第四電阻R4和第五電阻R5串接在絕緣柵場效應(yīng)管VT2的柵極與NE555芯片的第一引腳之間，第四電阻R4與第五電阻R5之間的線路與PNP型三極管VTl的發(fā)射極連接。絕緣柵場效應(yīng)管VT2的柵極還直接與NE555芯片的第三引腳連接，其中第三弓丨腳用于根據(jù)第四引腳接收到的電平信號向外輸出相應(yīng)電平信號，即當(dāng)?shù)谒囊_因PNP型三極管VTl導(dǎo)通而接收到高電平時，則第三引腳向絕緣柵場效應(yīng)管VT2的柵極提供高電平，當(dāng)?shù)谒囊_因PNP型三極管VTl截止而接收到低電平時，向絕緣柵場效應(yīng)管VT2的柵極提供低電平。此外，絕緣柵場效應(yīng)管VT2的漏極與驅(qū)動電壓VDD連接，絕緣柵場效應(yīng)管VT2的源極通過第六電阻R6接地GND，從而使得當(dāng)絕緣柵場效應(yīng)管VT2導(dǎo)通時，可對與第六電阻R6并聯(lián)的第二電容C2進行充電，并當(dāng)絕緣柵場效應(yīng)管VT2斷開時，第二電容C2進行放電。由 于第二電容C2的一端接地GND，另一端與NE555芯片的第二引腳連接，從而在放電時向通過第二引腳向NE555芯片提供故障信號時長指示信號，即放電時長?？梢?，通過調(diào)節(jié)第六電阻R6的電阻值及第二電容C2的電容容量即可實現(xiàn)對故障信號時長指示信號的調(diào)節(jié)。通過上述連接，短路及過流保護模塊與NE555芯片相配合，實現(xiàn)短路及過流電壓保護的原理如下由于IGBT的集電極電壓Vce與集電極電流近似成正比關(guān)系，所以采用檢測IGBT集電極飽和電壓來判斷IGBT是否過流或短路。預(yù)設(shè)參考電壓Vref例如為由基準電源提供，或采用恒流源接電阻形式提供，其中當(dāng)采用恒流源接電阻形式提供時，電路較復(fù)雜，但不易受干擾，可增加電路的穩(wěn)定性，所以可應(yīng)用于大功率驅(qū)動板；當(dāng)采用基準電源提供時，電路較簡單，但抗干擾性較差，所以可應(yīng)用于小功率驅(qū)動板。當(dāng)IGBT過電流或短路時，集電極電壓Vce上升，當(dāng)集電極電壓Vce達到用戶設(shè)定的過限值，即達到Vce大于等于預(yù)設(shè)參考電壓Vref時，驅(qū)動保護電路工作，NE555芯片的第七引腳(protect引腳)輸出低電平的故障信號，關(guān)斷IGBT，并且此故障信號保持一段時間，該時間的長度即為短路及過流保護模塊中第二電容C2的放電時長，在此時長內(nèi)封鎖輸入脈沖。在上述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路中，通過將預(yù)設(shè)參考電壓Vref和集電極電壓Vce接入NE555芯片的比較器的兩個輸入端，即第五引腳和第六引腳，來實現(xiàn)對該兩個電壓值的比較，并根據(jù)比較結(jié)果IGBT是否過流或者短路，從而發(fā)送相應(yīng)的故障信號，實現(xiàn)有效的過流或者短路保護。進一步地，由于IGBT在剛導(dǎo)通但未飽和時，集電極電壓Vce很大，為防止驅(qū)動保護電路此時誤動作，可在檢測的集電極電壓Vce與接地GND之間加設(shè)第三電容(圖中未示出)來設(shè)置保護響應(yīng)時間，以在保護響應(yīng)時間內(nèi)，IGBT短路及過流保護功能處于無效狀態(tài)。進一步地,在上述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路中，還包括連接在驅(qū)動電壓VDD與接地GND之間的第一電容(Cl，例如為47nF)，該第一電容Cl用作濾波電容。圖3為本實用新型實施例IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)包括上述任一實施例的IGBT驅(qū)動保護電路31、用于向IGBT驅(qū)動保護電路31提供IGBT的驅(qū)動電壓VDD和預(yù)設(shè)參考電壓Vref的電源模塊32、用于向IGBT驅(qū)動保護電路31提供IGBT的集電極電壓Vce的門極驅(qū)動模塊33，以及與IGBT驅(qū)動保護電路31連接的脈沖處理模塊34,脈沖處理模塊34用于接收IGBT驅(qū)動保護電路31生成的第一故障信號和/或第二故障信號，并且根據(jù)第一故障信號和/或第二故障信號封鎖脈沖并關(guān)斷IGBT。電源模塊32還可向IGBT驅(qū)動保護電路31提供接地GND。具體地，電源模塊32還可起到隔離作用，在為IGBT驅(qū)動保護電路31提供IGBT的驅(qū)動電壓VDD和預(yù)設(shè)參考電壓Vref的同時，還為門極驅(qū)動模塊33和脈沖處理模塊34供電。門極驅(qū)動模塊33還可用于向IGBT提供可靠導(dǎo)通和截止的柵極控制電壓。脈沖處理模塊34對輸入的脈沖信號進行隔離，設(shè)置上、下橋臂控制脈沖的死區(qū)與互鎖。上述實施例的IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)對IGBT完成保護的具體原理與前述實施例的IGBT驅(qū)動保護電路相同，故此處不再贅述。根據(jù)上述實施例的IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)，通過利用包括一個控制芯片、與控制芯片連接的驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊，以及與控制芯片連接的短路及過流保護模塊的IGBT驅(qū)動保護電路，同時實現(xiàn)了對IGBT的欠壓保護和短路、過流保護。由于控制芯片本身具有較高的集成度，其能夠提供可靠、準確度高、邏輯較為復(fù)雜的多項處理，因此在搭建IGBT驅(qū)動保護電路時，僅需基于控制芯片搭建包括少量電子器件的外圍電路，即可實現(xiàn)對IGBT的聞效、且可靠性高的監(jiān)測及保護。最后應(yīng)說明的是以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求1.一種絕緣柵雙極型三極管IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，包括控制芯片、驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊和短路及過流保護模塊，其中 所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊與所述控制芯片連接，用于當(dāng)監(jiān)測獲知IGBT的驅(qū)動電壓低于預(yù)設(shè)電壓時，向所述控制芯片提供低電平的電壓監(jiān)測信號； 所述控制芯片用于若接收到所述低電平的電壓監(jiān)測信號，則發(fā)送第一故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第一故障信號對所述IGBT進行欠壓保護處理； 所述控制芯片還與所述短路及過流保護模塊連接，還用于接收所述IGBT的集電極電壓和預(yù)設(shè)參考電壓，若比較獲知所述集電極電壓大于等于所述預(yù)設(shè)參考電壓，則從所述短路及過流保護模塊獲取故障信號時長指示信號，井根據(jù)所述故障信號時長指示信號發(fā)送第ニ故障信號，以使脈沖處理模塊根據(jù)所述第二故障信號對所述IGBT進行短路及過流保護處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述控制芯片為NE555芯片；相應(yīng)地，所述NE555芯片通過第一引腳、第四引腳和第八引腳，與所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊連接；通過第五引腳接收所述預(yù)設(shè)參考電壓；通過第六引腳接收所述IGBT的集電極電壓；通過第一引腳、第二引腳、第三引腳和第八引腳，與所述短路及過流保護模塊連接；通過第七引腳輸出所述第一故障信號和所述第二故障信號，其中所述第一引腳接地GND，所述第八引腳接與所述驅(qū)動電壓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，還包括 連接在所述驅(qū)動電壓與所述GND之間的第一電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊包括PNP型三極管、連接在所述驅(qū)動電壓與所述PNP型三極管的基極之間的第一電阻、連接在所述驅(qū)動電壓與所述PNP型三極管的發(fā)射極之間的第二電阻、連接在所述GND與所述PNP型三極管的基極之間的穩(wěn)壓管，以及連接在所述GND與所述PNP型三極管的集電極之間的第三電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，所述短路及過流保護模塊包括絕緣柵場效應(yīng)管和第二電容，其中 所述絕緣柵場效應(yīng)管用于在所述IGBT無故障時開通，并在開通時對所述第二電容進行充電；在所述IGBT有故障時截止，并在截止時對所述第二電容進行放電； 所述第二電容用于在放電狀態(tài)下，向所述控制芯片提供故障信號時長指示信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的IGBT驅(qū)動保護電路，其特征在于，還包括 連接在所述集電極電壓與GND之間的第三電容。
7.ー種IGBT驅(qū)動保護系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至6任一所述的IGBT驅(qū)動保護電路、用于向所述IGBT驅(qū)動保護電路提供IGBT的驅(qū)動電壓和預(yù)設(shè)參考電壓的電源模塊、用于向所述IGBT驅(qū)動保護電路提供IGBT的集電極電壓的門極驅(qū)動模塊，以及與所述IGBT驅(qū)動保護電路連接的脈沖處理模塊，所述脈沖處理模塊用于接收所述IGBT驅(qū)動保護電路生成的第一故障信號和/或第二故障信號，并且根據(jù)所述第一故障信號和/或第二故障信號封鎖脈沖并關(guān)斷所述IGBT。
專利摘要本實用新型提供一種IGBT驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)。該電路包括控制芯片、驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊和短路及過流保護模塊，其中驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊與控制芯片連接，用于當(dāng)監(jiān)測獲知IGBT的驅(qū)動電壓低于預(yù)設(shè)電壓時，向控制芯片提供低電平的電壓監(jiān)測信號；控制芯片用于若接收到所述低電平的電壓監(jiān)測信號則發(fā)送第一故障信號，以根據(jù)對IGBT進行欠壓保護處理；控制芯片還與短路及過流保護模塊連接，還用于接收IGBT的集電極電壓和預(yù)設(shè)參考電壓，若比較獲知集電極電壓大于等于預(yù)設(shè)參考電壓，則從短路及過流保護模塊獲取故障信號時長指示信號，并根據(jù)故障信號時長指示信號發(fā)送第二故障信號，以對所述IGBT進行短路及過流保護處理。
文檔編號H03K17/567GK202424663SQ20122000364
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者劉金晶, 尚冰, 陳鐵年, 隋德磊, 韓紅彬 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心