一种大功率管的保护电路的制作方法

专利名称:一种大功率管的保护电路的制作方法
【专利摘要】一种大功率管的保护电路，在大功率管的输入端连接驱动电路，该驱动电路的输入信号为来自主控模块的脉冲信号，还包括：具有第一分压点F1和第二分压点F2的分压电路，连接在大功率管输入端与地之间；第一二极管，它的负极连接大功率管的负载端，正极连接所述分压电路的第一分压点F1；及，一比较器，它的输入端接所述分压电路的第二分压点F2，比较端接与大功率管的设定保护饱和压降阈值相适应的一预设比较电压，输出信号接主控模块的一输入端，由主控模块依据该输出信号判断允许或禁止向所述驱动电路提供脉冲信号。该保护电路比功率器件现有保护方式的电路简化，可靠性提高，广泛用于电磁炉及其它电磁加热装置中IGBT等功率器件的保护。
【专利说明】_种大功率管的保护电路

【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子【技术领域】，具体涉及用于电磁炉、微波炉等电子产品中的一种大功率管的保护电路。

【背景技术】
[0002]在电磁炉、微波炉及其它电磁加热装置等电子产品中，多采用IGBT等推动负载工作。大功率管在控制负载的时候，常常因为负载短路、交流电源的浪涌电流(或电压)干扰等其他原因，会造成电流过大快速发热而烧毁大功率管，所以对大功率管的保护尤为重要。目前市面上普遍使用电流互感器，康铜丝，霍尔电流传感器等电流采样器件对大功率管进行电流采样而进行功率管的过流或短路保护，主要存在电路复杂可靠性不高，成本高的缺点。


【发明内容】

[0003]为解决电子产品中现有大功率管保护技术存在的上述问题，本实用新型提供一种改进大功率管的保护电路，以确保IGBT大功率器件在电磁炉、微波炉及其它电磁加热装置等电子产品中可靠运行。
[0004]本实用新型大功率管的保护电路是以下述方案实现的，使大功率管的输入端与驱动电路的输出端连接，该驱动电路的输入信号为来自一个主控模块的脉冲信号；该保护电路进一步包括:
[0005]分压电路，该分压电路具有第一分压点Fl和第二分压点F2，连接在大功率管输入端(即驱动电路的输出端)与地之间；
[0006]第一二极管，它的负极连接大功率管的负载端，正极连接所述分压电路的第一分压点Fl ;以及
[0007]比较器，它的输入端接所述分压电路的第二分压点F2，比较端接与大功率管的设定保护饱和压降阈值相适应的一个预设比较电压，输出信号接主控模块的一个输入端，由主控模块依据该输出信号判断允许或禁止向所述驱动电路提供脉冲信号。
[0008]所述比较器的输出信号还可连接所述驱动电路的控制端。
[0009]当大功率管的饱和压降大于等于所述设定保护饱和压降阈值时，第一二极管截止，所述第二分压点F2的电压Vf2高于所述比较器的比较端的预设比较电压，所述比较器反转禁止主控模块输出功率管驱动脉冲信号；否则，第一二极管导通，所述第二分压点F2的电压Vf2低于所述比较器的比较端的预设比较电压，所述比较器的输出信号允许主控模块输出功率管驱动脉冲信号。
[0010]其中，连接在大功率管输入端与电源地之间所述分压电路可以有多种选择方案。优选方案1，所述分压电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第二二极管D2和第三电阻R3依次串联组成，第一电阻Rl和第二电阻R2的公共端作为第一分压点F1，第二二极管D2负极和第三电阻R3的公共端点作为第二分压点F2。
[0011]优选方案2，所述分压电路也可由第一电阻R1、稳压管、第二二极管D2和第三电阻R3依次串联组成，第一电阻Rl和稳压管的公共端作为第一分压点F1，第二二极管D2负极和第三电阻R3的公共端点作为第二分压点F2。
[0012]所述大功率管的设定保护饱和压降阈值为该大功率管的饱和压降值的1.2-1.5倍。
[0013]所述大功率管为大功率三极管、MOS管或IGBT管等。
[0014]所述主控模块可以是电磁炉主控制板(具有MCU)，微波炉主控制板及其它电磁加
[0015]热装置的主控制板等。
[0016]在电磁炉中大功率管通常选为IGBT，IGBT的栅极(输入端)连接驱动电路的输出端，IGBT的集电极与电源VDD之间连接电磁线圈L，发射极接电源地，该驱动电路的输入信号为来自电磁炉主控制板的可编程脉冲信号，通过上述保护电路可以对IGBT有效保护。
[0017]本实用新型直接在大功率管的输入端(驱动电路的输出端)与地之间连接分压电路，并在其第一分压点Fl与IGBT的集电极之间设置第一二极管，该分压电路与第一二极管配合，正常工作时无论驱动电路输出高电平还是低电平，分压电路的第二分压点F2的电压接近于接地电位，低于比较器的比较端接入的预设比较电压，比较器输出高电平信号，允许电磁炉主控制板输出可编程脉冲信号驱动IGBT正常工作。一旦IGBT的饱和压降升高到大于等于设定保护饱和压降阈值时，第一二极管反向截止，驱动电路输出的高电平经分压电路，使第二分压点F2的电压高于比较器比较端的预设比较电压，比较器反转输出高电平信号进而马上禁止电磁炉主控制板继续输出可编程脉冲信号，关断IGBT。.
[0018]保护电路比功率器件现有保护方式的电路简化，可靠性提高，广泛用于电磁炉及其它电磁加热装置中IGBT等功率器件的保护。

【附图说明】

[0019]图1为本实用新型实施例1 IGBT保护电路图；
[0020]图2为本实用新型实施例2 IGBT保护电路图。

【具体实施方式】
[0021]结合附图以及实施例对本实用新型进一步作如下详细说明。
[0022]参照图1，实施例1 IGBT的保护电路已在电磁炉中实际使用。图1中IGBT的栅极连接驱动电路的输出端，IGBT的集电极与电源VDD之间连接电磁线圈L (负载)，发射极接电源地，驱动电路的输入信号为来自电磁炉主控制板(具有MCU)的可编程脉冲信号。
[0023]保护电路主要包括分压电路、二极管Dl以及比较器等。该分压电路具有第一分压点Fl和第二分压点F2，它连接在大功率管输入端(即驱动电路的输出端)与地之间。
[0024]图1中，分压电路由电阻R1、电阻R2、二极管D2和电阻R3依次串联组成，电阻Rl和电阻R2的公共端作为第一分压点Fl，二极管D2负极和电阻R3的公共端点作为第二分压点F2，分压电路连接在IGBT输入端与地之间。
[0025]二极管Dl的负极连接IGBT的集电极，二极管Dl的正极连接到分压电路的第一分压点Fl (即电阻Rl和电阻R2的公共端)。
[0026]比较器的输入端接所述分压电路的第二分压点F2(即二极管D2负极和电阻R3的公共端点)，比较端接与IGBT的设定保护饱和压降阈值相适应的一个预设比较电压，比较器的输出信号接电磁炉主控制板的一输入端子，由电磁炉主控制板依据比较器的输出信号判断允许或禁止向驱动电路提供脉冲信号。
[0027]IGBT的设定保护饱和压降阈值为IGBT管的饱和压降值的1.2-1.5倍。
[0028]图2实施例2 IGBT保护电路主要结构与图1实施例1基本相同，区别是采用了另一种分压电路。图2中的分压电路由电阻R1、稳压管W、二极管D2和电阻R3依次串联组成，电阻Rl和稳压管W的公共端作为第一分压点F1，二极管D2负极和电阻R3的公共端点作为第二分压点F2，分压电路连接在IGBT输入端与地之间。图2中，比较器的输出信号还连接到所述驱动电路的一个控制端，用于同时实现对驱动电路输出的控制。
[0029]结合图1说明上述保护电路对IGBT的保护原理。IGBT正常工作情况下，电磁炉主控制板输出可编程脉冲信号，通过驱动电路驱动IGBT、电磁线圈工作。
[0030]驱动电路输出高电平时，IGBT导通，电磁线圈下端通过IGBT直接与地线相通，电磁线圈下端的电位接近于接地端电位。此时，虽然驱动电路的输出端为高电平，但是电阻Rl与R2公共端(即第一分压点Fl)的电平通过二极管Dl被IGBT拉到接近于接地端电位，比较器过电阻R2、二极管D2和电阻R3分压，使第二分压点F2的电压Vf2接近于接地端电位，电压Vf2低于比较端接入的预设比较电压，比较器输出高电平信号，允许电磁炉主控制板输出可编程脉冲信号，驱动IGBT正常工作。
[0031]正常工作情况下，驱动电路输出低电平时，IGBT截止，IGBT的集电极的电位接近电源端的高电平电位。但是此高电平使二极管Dl反向截止，因此通过R1、R2、D2、R3分压，第二分压点F2的电压Vf2仍然接近于接地端电位，Vf2低于比较端接入的预设比较电压，比较电路输出高电平信号，允许电磁炉主控制板输出可编程脉冲信号，驱动IGBT正常工作。
[0032]当电磁线圈负载出现短路，或阻抗变小等不正常的情况下，驱动电路输出高电平控制IGBT导通时，因为不正常的负载输向IGBT的电流急剧增加，IGBT的饱和压降也会极度升高，如果没有管控，IGBT就会进入崩溃烧毁状态。在本设计中，一旦IGBT的饱和压降升高到大于等于所述设定保护饱和压降阈值时，二极管Dl就会进入反向截止，驱动电路输出的高电平通过Rl、R2、D2、R3的分压，使所述第二分压点F2的电压Vf2高于比较电路比较端的预设比较电压，比较电路反转输出高电平信号进而马上禁止电磁炉主控制板继续输出可编程脉冲信号，关断IGBT，从而IGBT在进入崩溃以前得到中断工作的保护。
[0033]本设计中，比较电压的比较端的预设比较电压是与IGBT的设定保护饱和压降阈值相适应的，R1、R2、R3取不同的数值可以确定所述第二分压点F2的电压Vf2 (即比较器的输入电压)，当电压Vf2大于等于比较电路的比较端的预设比较电压时，比较电路反转输出高电平信号。
[0034]在本设计中，电磁炉主控制板的主控MCU内部有编程控制，能够控制接受比较电路信号后的反应速度和失去比较电路信号后的恢复正常工作的速度，用于防止误动作和防止频繁在保护、恢复中进行转换。
[0035]本设计已经在变频电磁加热技术中实际应用，本设计控制的大功率器件可以是大功率三极管、MOS (MOSFET)管和IGBT管等。
【权利要求】
1.一种大功率管的保护电路，在大功率管的输入端连接驱动电路，该驱动电路的输入信号为来自主控模块的脉冲信号，其特征是，包括: 分压电路，该分压电路具有第一分压点Fl和第二分压点F2，连接在大功率管输入端与地之间； 第一二极管，它的负极连接大功率管的负载端，正极连接所述分压电路的第一分压点Fl ?’及 比较器，它的输入端接所述分压电路的第二分压点F2，比较端接与大功率管的设定保护饱和压降阈值相适应的一预设比较电压，输出信号接主控模块的一输入端，由主控模块依据该输出信号判断允许或禁止向所述驱动电路提供脉冲信号。2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征是，所述分压电路由第一电阻、第二电阻、第二二极管和第三电阻依次串联组成，第一电阻和第二电阻的公共端作为第一分压点F1，第二二极管负极和第三电阻的公共端点作为第二分压点F2。3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征是，所述分压电路由第一电阻、稳压管、第二二极管和第三电阻依次串联组成，第一电阻和稳压管的公共端作为第一分压点F1，第二二极管负极和第三电阻的公共端点作为第二分压点F2。4.根据权利要求1或2或3所述的保护电路，其特征是，当大功率管的饱和压降大于等于所述设定保护饱和压降阈值时，第一二极管截止，所述第二分压点F2的电压VF2高于所述比较器的比较端的预设比较电压，所述比较器反转禁止主控模块输出脉冲信号；否则，第一二极管导通，所述比较器的输出信号允许主控模块输出脉冲信号。5.根据权利要求1或2或3所述的保护电路，其特征是，所述大功率管的设定保护饱和压降阈值为该大功率管的饱和压降值的1.2-1.5倍。6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征是，所述比较器的输出信号还连接所述驱动电路的控制端。7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征是，所述大功率管为大功率三极管、MOS管或IGBT管。
【文档编号】H02H3-20GK204271623SQ201420707691
【发明者】丘守庆, 许申生, 刘春光, 陈劲锋, 唐德强 [申请人]深圳市鑫汇科股份有限公司