专利名称：新型igbt短路保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及IGBT电路，尤其涉及一种新型IGBT短路保护电路。
背景技术：
随着市场对大功率变换器的需求日益旺盛，如新能源、轨道交通的兴起，中高压大功率IGBT (绝缘栅双极型晶体管)得到广泛的应用。与低压小功率IGBT不同，中高压大功率的IGBT，如1700V/3600A的IGBT，在短路时，流过IGBT的电流能达到15000A。由于电路寄生电感的存在，如果采取硬关断的办法，IGBT的端电压会超过其额定值，导致IGBT过压损坏。因此，采取合适的IGBT短路保护电路，既可以防止IGBT由于电流太大而发热损坏， 也可防止di/dt电流变化率太大引起的过压击穿。传统的IGBT短路保护电路如图1所示，IGBT门级驱动器包括三极管Ql和三极管 Q2，这两个三极管的基极相并接，发射极也相并接，发射极的并接点依次经门级电阻Rg、门级电容Cg后接地，三极管Ql的集电极接电压VCC，三极管Q2的集电极接电压Vee，基极的并接点上连接有短路保护电路，短路保护电路包括二极管D1、电容Cl、电阻R12和开关管S13， 二极管Dl的阴极既和电容Cl的一端相连又和电阻R12的一端相连，电容Cl的另一端接电压Vee，电阻R12的另一端经开关管S13和电压Vee相连，二极管Dl的阳极和两个三极管的基极相连。其工作原理如下1当IGBT正常工作时，开关管Si、开关管S2根据控制系统的指令，互补导通；开关管S3截止；进入稳态后，电压VCI=Vcc, 二极管Dl截止；当开关管Sl导通而开关管 S2截止时，电压Vb=Vcc,三极管Ql导通而三极管Q2截止，电压Vg=Vcc (忽略三极管Ql的管压降)，IGBT导通；当开关管Sl截止而开关管S2导通时，电压Vb=Vee,三极管Ql截止而三极管Q2导通，电压Vg=Vee (忽略三极管Q2的管压降)，IGBT截止。1当IGBT出现短路故障时，开关管Sl和开关管S2截止，开关管S3导通， 电容Cl通过电阻R12放电，电压Vcl缓慢下降。随着电压Vcl下降，二极管Dl导通，电压 Vb被二极管Dl钳位在电压Vcl，也开始同步地缓慢下降；三极管Q2开始导通，IGBT的门级电容Cg通过门级电阻Rg、三极管Q2放电。通过设定电容Cl和电阻R12的大小，可以控制门级电压Vg的下降速率，从而实现IGBT短路保护。上述传统的IGBT短路保护电路能够在IGBT发生故障时缓慢地关断IGBT，防止电压过冲的产生，但是依然存在以下几个问题1.电路过于复杂，需要二极管D1、电容Cl、电阻R12和开关管S13四种器件的配合，增加了驱动电路的复杂性和成本；2.每次驱动IGBT短路保护电路后，电压Vcl放电至Vee，当故障消除后，驱动除了对门级电容Cg充电外，还需额外将电压Vcl从Vee充电到Vcc，既增加了驱动的功耗，同时也延缓了 IGBT门级的上升速率，导致IGBT开通损耗的增加。
发明内容[0009]本实用新型主要解决原有IGBT短路保护电路结构复杂、成本较高，既增加了驱动的功耗，又延缓了 IGBT门级的上升速率，导致增加IGBT开通损耗的技术问题；提供一种新型IGBT短路保护电路，其电路简单，可靠性高，当故障消除后，立刻可以恢复正常状态，不会增加额外的充放电损耗，提升电路性能。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本实用新型包括IGBT门级驱动器及电阻R2和开关管S3的串联电路，IGBT门级驱动器包括三极管Ql和三极管Q2，三极管Ql的基极和三极管Q2的基极相连，三极管Ql的发射极和三极管Q2的发射极相连，该连接点和门级电阻Rg的一端相连，门级电阻Rg的另一端经门级电容Cg接地， 三极管Ql的集电极接电压Vcc，三极管Q2的集电极接电压Vee，电阻R2的一端与门级电阻 Rg和门级电容Cg的并接点相连，电阻R2的另一端和开关管S3的一端相连，开关管S3的另一端和电压Vee相连。开关管S3的导通或断开受控制系统控制。当IGBT出现短路故障时，开关管S3导通，门级电容Cg通过电阻R2放电，电压Vg缓慢下降，从而实现IGBT短路保护。作为优选，所述的三极管Ql的基极和三极管Q2的基极的并接点经电阻Rl与开关管Sl和开关管S2的并接点相连，开关管Sl的另一端接电压Vcc，开关管S2的另一端接电压Vee。开关管Sl和开关管S2的导通或断开均受控制系统控制。本技术方案中，开关管Sl、开关管S2和开关管S3可以是任何能实现开关功能的可控器件，例如可以是半导体器件，也可以是其他机械式的可控开关装置。本实用新型的有益效果是电路简单，所用器件少，成本较低，可靠性高，由于没有额外电容的存在，当故障消除、开关管S3截止后，IGBT立刻可以恢复正常状态，无需额外的充放电损耗，有效提升电路性能。
图1是传统的IGBT短路保护电路的电路原理图。图2是本实用新型的一种电路原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。实施例1 本实施例的新型IGBT短路保护电路，如图2所示，包括IGBT门级驱动器及电阻R2和开关管S3的串联电路。IGBT门级驱动器包括三极管Ql和三极管Q2，三极管Ql的基极和三极管Q2的基极相连，该并接点经电阻Rl与开关管Sl和开关管S2的并接点相连，开关管Sl的另一端接电压Vcc，开关管S2的另一端接电压Vee，三极管Ql的发射极和三极管Q2的发射极相连，该连接点和门级电阻Rg的一端相连，门级电阻Rg的另一端经门级电容Cg接地，三极管Ql的集电极接电压Vcc，三极管Q2的集电极接电压Vee，电阻 R2的一端与IGBT的门级电阻Rg和门级电容Cg的并接点相连，电阻R2的另一端和开关管 S3的一端相连，开关管S3的另一端和电压Vee相连。工作原理 当IGBT正常工作时，开关管Sl及开关管S2根据控制系统的指令，互补导通； 开关管S3截止；当开关管Sl截止而开关管S2导通时，电压Vb=Vcc,三极管Ql导通而三极管Q2截止，电压Vg=Vcc (忽略三极管Ql的管压降)，IGBT导通；当开关管Sl导通而开关管 S2截止时，电压Vb=Vee,三极管Ql截止而三极管Q2导通，电压Vg=Vee (忽略三极管Q2的管压降)，IGBT截止。 当IGBT出现短路故障时，开关管Sl及开关管S2截止，开关管S3导通，门级电容Cg通过电阻R2放电，电压Vg缓慢下降，从而实现IGBT短路保护。本实用新型具有以下优点1.电路简单，只需电阻R2与开关管S3两个器件，成本较低，提高电路可靠性，简化设计；2.由于没有额外电容的存在，当故障消除、开关管S3截止后，IGBT立刻可以恢复正常状态，无需额外的充放电损耗，有效提高电路性能。
权利要求1.一种新型IGBT短路保护电路，包括IGBT门级驱动器，IGBT门级驱动器包括三极管 Ql和三极管Q2，三极管Ql的基极和三极管Q2的基极相连，三极管Ql的发射极和三极管Q2 的发射极相连，该连接点和门级电阻Rg的一端相连，门级电阻Rg的另一端经门级电容Cg 接地，三极管Ql的集电极接电压Vcc，三极管Q2的集电极接电压Vee，其特征在于包括电阻 R2和开关管S3的串联电路，电阻R2的一端与门级电阻Rg和门级电容Cg的并接点相连，电阻R2的另一端和开关管S3的一端相连，开关管S3的另一端和电压Vee相连。
2.根据权利要求1所述的新型IGBT短路保护电路，其特征在于所述的三极管Ql的基极和三极管Q2的基极的并接点经电阻Rl与开关管Sl和开关管S2的并接点相连，开关管 Sl的另一端接电压Vcc，开关管S2的另一端接电压Vee。
专利摘要本实用新型涉及一种新型IGBT短路保护电路，包括IGBT门级驱动器及电阻R2和开关管S3的串联电路。IGBT门级驱动器包括三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的基极和三极管Q2的基极相连，该并接点经电阻R1与开关管S1和开关管S2的并接点相连，开关管S1的另一端及三极管Q1的集电极接电压Vcc，开关管S2的另一端及三极管Q2的集电极接电压Vee，三极管Q1的发射极和三极管Q2的发射极相连，该连接点经门级电阻Rg、门级电容Cg接地，电阻R2的一端与门级电阻Rg和门级电容Cg的并接点相连，电阻R2的另一端经开关管S3和电压Vee相连。本实用新型没有额外的充放电损耗，有效提升电路性能，器件少，成本低。
文档编号H02H3/08GK202276139SQ20112040254
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者施贻蒙 申请人:杭州飞仕得科技有限公司