一种igbt功率开关管桥路的驱动保护电路的制作方法

文档序号:7482443阅读:258来源:国知局
专利名称:一种igbt功率开关管桥路的驱动保护电路的制作方法
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域,特别涉及到一种IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路。
背景技术
电力电子技术在当今急需节能降耗的工业领域扮演着及其重要的角色,其中的 IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管),因其驱动功率小、开关速度快、饱和压降低、耐高压、大电流等一系列应用上的优点,在诸如逆变器、变频器、大功率开关电源等电力电子技术的能量变换与管理应用中深受行业设计开发人员的青睐,成为各种主回路的首选功率开关器件。IGBT的耐用程度和使用寿命直接关系到整个系统的可靠性,在一系列的IGBT使用故障中,由于其驱动和保护电路设计存在缺陷而造成的IGBT模块损坏的情况占极大比例。另外,IGBT模块主要靠国外进口,其价格十分昂贵,一旦损坏, 经济损失严重。因此,如何安全可靠地驱动IGBT工作,已成为越来越多的设计工程师面临需要解决的课题。现有的IGBT驱动保护技术方式众多,不乏巧妙之作,但也存在着各种不足之处 如结构复杂、价格昂贵、功能不完善、当桥路存在逻辑连接错误或者部分元件工作不正常时,均会出现桥路直通短路等永久性损坏等等。
发明内容本实用新型的目的是提出一种IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,保证在直流母线过压、过流等情况下不损坏IGBT桥路模块,并有效避免系统工作时因干扰或不稳定而出现的逻辑错误造成元器件损坏。本实用新型的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路包括IGBT功率开关管桥路单元、直流母线过压过流保护单元、交流输出实时监测单元、逻辑驱动保护单元和时序逻辑产生单元,所述IGBT功率开关管桥路单元的输入端与直流母线过压过流保护单元相连,输出端与交流输出实时监测单元相连;所述逻辑驱动保护单元的输入端分别与交流输出实时监测单元的输出端和时序逻辑产生单元的输出端相连,所述逻辑驱动保护单元的输出端与 IGBT功率开关管桥路单元相连。当直流母线出现过压过流等情况时,直流母线过压过流保护单元会控制IGBT功率开关管桥路单元与直流母线的输入断开,以保护IGBT功率开关管桥路单元;一旦交流输出实时监测单元检测到IGBT功率开关管桥路单元的输出电流值超过预定范围,将向逻辑驱动保护单元发出报警信号进入中断保护,从而关断IGBT功率开关管,停止逆变,以实现对IGBT功率开关管桥路单元的双重保护。具体来说,所述直流母线过压过流保护单元由串联在直流母线正极中的快速熔断器及并联在直流母线的正负极之间的压敏电阻、瞬态电压抑制器和电容组成,所述IGBT功率开关管桥路单元的输入端并联于直流母线正负极之间。当直流母线出现过流时,串联在直流母线正极中的快速熔断器熔断,从而使IGBT功率开关管桥路单元与直流母线的输入断开;同样,当直流母线出现过压时,并联在直流母线的正负极之间的压敏电阻相当于短路,这样直流母线的正负极之间就会出现较大的电流,使得串联在直流母线正极中的快速熔断器熔断,从而使IGBT功率开关管桥路单元与直流母线的输入断开;同样,当直流母线出现高频干扰时,并联在直流母线的正负极之间的电容相对于高频干扰信号来说相当于短路,这样直流母线的高频干扰信号就会直接通过电容,而不会通过IGBT功率开关管桥路单元。所述交流输出实时监测单元由串联在IGBT功率开关管桥路单元的输出端的霍尔传感器和与霍尔传感器输出端相连的电压比较电路组成。霍尔传感器串联在交流输出端, 监测交流输出电流的瞬时值并转换为电压信号,通过电压比较电路将监测得到的电压信号与给定电压-Uref、+toef进行比较,若监测得到的电压信号处于预定范围[-Uref,+Uref ]之间,则中断保护信号FO为低电平,当监测得到的电压信号超出预定范围[-Uref,+Uref ]时,则中断保护信号FO为高电平,发生中断保护。所述逻辑驱动保护单元由驱动单元和光电隔离电路组成,所述驱动单元的输入端分别与交流输出实时监测单元的输出端和时序逻辑产生单元的输出端相连,所述驱动单元的输出端经光电隔离电路与IGBT功率开关管的控制端相连。所述驱动单元根据交流输出实时监测单元的输出信号及时序逻辑产生单元的输出信号来控制IGBT功率开关管的通断。当中断保护信号FO输出为高电平时,驱动单元控制IGBT功率开关管关断,以保护IGBT 功率开关管。上述驱动单元可以利用可编程逻辑控制电路来实现,将交流输出实时监测单元的输出端与可编程逻辑控制电路的一个输入端连接,当该输入端为高电平时,可编程逻辑控制电路就控制其输出脚输出低电平,以关断IGBT功率开关管。光电隔离电路可以消除信号干扰、防止IGBT功率开关管误触发。在交流输出实时监测单元的输出端为低电平时, 驱动单元就根据时序逻辑产生单元的输出信号来控制IGBT功率开关管的通断。本实用新型的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路采用了新型复合材料稳压器件组合来保护直流母线端的过压过流,具有显著的可靠性,并且结构简单,易实现;并通过对IGBT桥路输出电流的实时监测,输出中断保护信号F0,实现了对GBT桥路的双重保护,具有可靠性高、结构简单、成本低廉、实用性强等明显优点。

图1是本实用新型的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路的原理框图。图2是本实用新型的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路中的直流母线过压过流保护单元及交流输出实时监测单元的电路原理图。图3是本实用新型的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路中的逻辑驱动保护单元的连接关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本实用新型。实施例如图1所示,本实施例的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路包括IGBT功率开关管桥路单元2、直流母线过压过流保护单元1、交流输出实时监测单元3、逻辑驱动保护单元4和时序逻辑产生单元6,IGBT功率开关管桥路单元2的输入端通过直流母线过压过流保护单元1与电源5相连,输出端与交流输出实时监测单元3相连;逻辑驱动保护单元4的输入端分别与交流输出实时监测单元3的输出端和时序逻辑产生单元6的输出端相连,逻辑驱动保护单元4的输出端与IGBT功率开关管桥路单元2相连。如图2所示,直流母线过压过流保护单元由串联在电源5的直流母线正极中的快速熔断器Fu及并联在直流母线的正负极之间的压敏电阻RV、瞬态电压抑制器TVS、耐高压电容C2组成,IGBT功率开关管桥路单元2的输入端并联于直流母线正负极之间。当直流母线出现过流时,串联在直流母线正极中的快速熔断器Fu熔断,切断主回路,从而使IGBT 功率开关管桥路单元2与电源5直流母线的输入断开;同样,当直流母线出现过压时,并联在直流母线的正负极之间的压敏电阻RV和瞬态电压抑制器TVS相当于短路,这样直流母线的正负极之间就会出现较大的电流,使得串联在直流母线正极中的快速熔断器Fu熔断,切断主回路,从而使IGBT功率开关管桥路单元2与电源5直流母线的输入断开。耐高压电容 C2可以过滤掉母线中出现的高频干扰。图中电容Cl为滤波电容,为IGBT功率开关管桥路单元2提供较纯净的直流电输入。如图2所示,交流输出实时监测单元3由串联在IGBT功率开关管桥路单元2的输出端的霍尔传感器和与霍尔传感器输出端相连的电压比较电路组成。电压比较电路由运放 Lm211与电阻、电容等搭建而成,图中电阻Rl、R2和电阻R4、R5为分压电阻,分别产生基准电压-Uref、+Uref ;电阻R6、R7为上拉电阻。该电压比较电路为成熟电路,此处不再赘述。 霍尔传感器串联在IGBT功率开关管桥路单元2的交流输出端,监测交流输出电流的瞬时值并转换为电压信号,通过电压比较电路将监测得到的电压信号与给定电压-Uref、+Uref进行比较,若监测得到的电压信号处于预定范围[-Uref,+Uref ]之间,则中断保护信号FO 为低电平,当监测得到的电压信号超出预定范围[-Uref,+Uref ]时,则中断保护信号FO 输出为高电平,发生中断保护。如图3所示,逻辑驱动保护单元4由可编程逻辑控制电路41组成的驱动单元和光电隔离电路42组成,可编程逻辑控制电路41的输入端分别与交流输出实时监测单元3的输出端和时序逻辑产生单元6的输出端相连,可编程逻辑控制电路41的的输出端经光电隔离电路42与IGBT功率开关管的控制端相连。可编程逻辑控制电路41根据交流输出实时监测单元3的输出信号及时序逻辑产生单元6的输出信号来控制IGBT功率开关管的通断。 当交流输出实时监测单元3检测到IGBT功率开关管桥路单元2的输出电流超过预定范围时,实时监测单元3输出中断保护信号FO为高电平,可编程逻辑控制电路41就控制其输出脚输出低电平,以关断IGBT功率开关管。当交流输出实时监测单元3检测到IGBT功率开关管桥路单元2的输出电流在预定范围时,交流输出实时监测单元3的输出端FO为低电平, 可编程逻辑控制电路41就根据时序逻辑产生单元6的输出信号来控制IGBT功率开关管的通断。光电隔离电路42可以消除信号干扰、防止IGBT功率开关管误触发。光电隔离电路 42的设计主要考虑所选光电耦合器件的开关通断速率以及其匹配电阻,推荐HCPL-4504、 TLP559 等。当直流母线出现过压过流等情况时,直流母线过压过流保护单元1会控制IGBT功率开关管桥路单元2与直流母线的输入断开,以保护IGBT功率开关管桥路单元2 ;当交流输出实时监测单元3检测到IGBT功率开关管桥路单元2的输出超过预定范围时,实时监测单元3输出信号FO为高电平,此时可编程逻辑控制电路41就控制其输出脚输出低电平,以关断IGBT功率开关管,以实现对IGBT功率开关管桥路单元的双重保护。 综上,本实用新型对IGBT功率开关管桥路采用了多重保护措施,可靠性强。
权利要求1.一种IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,其特征在于包括IGBT功率开关管桥路单元、直流母线过压过流保护单元、交流输出实时监测单元、逻辑驱动保护单元和时序逻辑产生单元,所述IGBT功率开关管桥路单元的输入端与直流母线过压过流保护单元相连,输出端与交流输出实时监测单元相连;所述逻辑驱动保护单元的输入端分别与交流输出实时监测单元的输出端和时序逻辑产生单元的输出端相连,所述逻辑驱动保护单元的输出端与 IGBT功率开关管桥路单元相连。
2.根据权利要求1所述的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,其特征在于所述直流母线过压过流保护单元由串联在直流母线正极中的快速熔断器及并联在直流母线的正负极之间的压敏电阻、瞬态电压抑制器和电容组成,所述IGBT功率开关管桥路单元的输入端并联于直流母线正负极之间。
3.根据权利要求1所述的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,其特征在于所述交流输出实时监测单元由串联在IGBT功率开关管桥路单元的输出端的霍尔传感器和与霍尔传感器输出端相连的电压比较电路组成。
4.根据权利要求1所述的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,其特征在于所述逻辑驱动保护单元由驱动单元和光电隔离电路组成,所述驱动单元的输入端分别与交流输出实时监测单元的输出端和时序逻辑产生单元的输出端相连,所述驱动单元的输出端经光电隔离电路与IGBT功率开关管的控制端相连。
5.根据权利要求4所述的IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,其特征在于所述驱动单元为可编程逻辑控制电路。
专利摘要本实用新型提出了一种IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路,包括IGBT功率开关管桥路单元、直流母线过压过流保护单元、交流输出实时监测单元、逻辑驱动保护单元和时序逻辑产生单元,IGBT功率开关管桥路单元的输入端与直流母线过压过流保护单元相连,输出端与交流输出实时监测单元相连;逻辑驱动保护单元的输入端分别与交流输出实时监测单元的输出端和时序逻辑产生单元的输出端相连,逻辑驱动保护单元的输出端与IGBT功率开关管桥路单元相连。上述IGBT功率开关管桥路的驱动保护电路具有过压过流保护功能,并通过对IGBT桥路输出电流的实时监测,实现了对IGBT桥路的双重保护,可靠性高、结构简单、成本低廉、实用性强。
文档编号H02H7/20GK201946962SQ20112010568
公开日2011年8月24日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者易其亨, 林锡波, 邝宇 申请人:中国科学院广州电子技术研究所
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