一种igbt的过流故障保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供一种IGBT的过流故障保护电路，包括：IGBT、IGBT隔离驱动光耦U1，电容C1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，第一电源M1，二极管D1；其中，电容C1连接于IGBT隔离驱动光耦U1的DESAT脚与VE脚之间；电阻R1与电容C1并联；IGBT隔离驱动光耦U1的DESAT脚依次经电阻R2、电阻R3后与第一电源M1相接；二极管D1的阳极接于电阻R2和电阻R3之间，阴极与IGBT的集电极相接；IGBT隔离驱动光耦U1的VE脚与IGBT的发射极等电位相接且接地。本实用新型实施例提升了过流故障保护电路的适应用性，并可避免IGBT在开通过程中电容C1上电压升得过快而发生误保护的情况。
【专利说明】一种IGBT的过流故障保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及IGBT驱动及其故障检测【技术领域】，更具体地说，涉及一种IGBT的过流故障保护电路。
【背景技术】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)为电力电子变流装置的核心器件，由于IGBT受电流耐受能力的影响，因此需要过流保护电路对其进行保护。IGBT的过流保护方式主要分为分散式过流保护和集中式过流保护；分散式过流保护是通过检测单个IGBT集电极和发射极之间的电压，判断IGBT是否过流；集中式过流保护电路是通过检测输出负载或主回路中的电流，判断IGBT是否过流。
[0003]图1为现有技术采用分散式过流保护方式，对IGBT进行过流保护的电路示意图，参照图1，Ul是IGBT隔离驱动光耦，IGBT隔离驱动光耦Ul的主要引脚包括:6脚(AN0DE1脚)、7脚(AN0DE2脚)、8脚(CATH0DE1脚)为光耦原边驱动信号输入回路脚，13脚(Vcc2脚)、12脚(Vee2脚)、9脚(Veei脚)为副边驱动信号输出电源脚，11脚(Vrat脚)为驱动信号输出脚，14脚(DESAT脚)为IGBT过流故障检测脚，IGBT驱动光耦Ul通过检测14脚相对于16脚(Ve脚)的电压Vdesat是否达到一定幅值来对IGBT实施过流保护。
[0004]图2为图1的简化电路，结合图1和图2，在进行过流保护检测时，当V-脚输出的驱动信号是低电平时，IGBT不开通，IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚被内部拉低到VE，电容Cl上电压为0，此时不需要过流保护检测；当Vwt脚输出的驱动信号为高电平时，IGBT开通，DESAT脚为高阻态，IGBT隔离驱动光耦Ul实时检测DESAT脚对Ve脚的电压Vdesat (即Cl上电压)以对IGBT进行过流保护。在IGBT正常开通的情况下，Vdesat电压等于二极管Dl的电压Vdi和IGBT的压降Vra两者之和，其中Vdi压降是固定的，Vdesat电压实时跟随IGBT压降Vce变化，起到实时保护的功能。当Vdesat大于所述IGBT的过流故障点电压值时，IGBT隔离驱动光耦Ul封锁IGBT脉冲，实施过流保护，并输出故障信号给外部控制电路。
[0005]然而，发明人发现上述IGBT的过流保护电路在一些电路中会出现误报警的情况，即在所述IGBT正常工作的情况下，出现误报IGBT过流故障的问题。经过发明人认真研究，发现产生上述问题的原因在于，IGBT隔离驱动光耦Ul的过流故障点电压是由芯片手册规定的，一般在6.5V左右且不能更改，对于一些额定开通稳态压降(即VeE)大的IGBT容易产生误保护；即由于Vdesat = VD1+VCE，当IGBT隔离驱动光耦Ul的过流检测故障电压点比IGBT正常开通时的导通压降Vra还小时，那么在IGBT正常开通的情况下就会因为电容Cl上的电压Vdesat大于规定的过流故障点电压值而发生误报过流故障的情况，这就使得过流故障保护电路的适应用性较差，无法适用于开通稳态压降较大的IGBT。
[0006]可见，提供一种IGBT的过流故障保护电路，从而提升过流故障保护电路的适用性，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实用新型内容
[0007]为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种IGBT的过流故障保护电路，以解决现有过流故障保护电路的适应用性较差的问题。
[0008]为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案:
[0009]一种IGBT的过流故障保护电路，包括:
[0010]IGBT、IGBT隔离驱动光耦U1，电容Cl，电阻R1，电阻R2，电阻R3，第一电源M1，二极管Dl ；
[0011]其中，所述电容Cl连接于所述IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚与Ve脚之间；所述电阻Rl与所述电容Cl并联；所述IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚依次经电阻R2、电阻R3后与第一电源Ml相接；所述二极管Dl的阳极接于电阻R2和电阻R3之间，阴极与IGBT的集电极相接；IGBT隔离驱动光耦Ul的Ve脚与所述IGBT的发射极等电位相接且接地。
[0012]其中，所述IGBT的过流故障保护电路还包括:电容C2 ;
[0013]所述电容C2接于IGBT隔离驱动光耦Ul的Ve脚与所述第一电源Ml的正极之间。
[0014]其中，所述IGBT的过流故障保护电路还包括:
[0015]接于IGBT隔离驱动光稱Ul的光稱原边驱动信号输入回路脚的电阻R4 ；
[0016]IGBT驱动信号通过所述电阻R4与IGBT隔离驱动光耦Ul的ANODEl脚和AN0DE2脚相连，所述IGBT隔离驱动光耦Ul的CATH0DE1脚接地。
[0017]其中，所述IGBT的过流故障保护电路还包括:驱动电阻Re ；
[0018]所述IGBT隔离驱动光耦Ul的Vwt脚经所述驱动电阻Re与所述IGBT的基极相连。
[0019]其中，所述IGBT的过流故障保护电路还包括:
[0020]接于IGBT隔离驱动光耦Ul的Vtjut脚与Veei脚之间的驱动下拉电阻RPUl_。
[0021 ] 其中，所述IGBT的过流故障保护电路还包括:接于IGBT隔离驱动光耦Ul的FAULT脚的，接收IGBT隔离驱动光耦Ul反馈的故障信号的外部控制电路W1。
[0022]基于上述技术方案，本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路，适用于不同额定稳态压降的IGBT的过流故障保护，通过调节Rl、R2、R3的参数，可以线性的调节IGBT正常工作时IGBT隔离驱动光耦Ul检测到的电容Cl上的电压Vdesat,使IGBT正常工作时检测到的电压Vdesat小于过流故障点电压值，避免因IGBT差异性导致的误报故障而使得电路不能通用，提升过流故障保护电路的适用性。同时，本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路通过Rl、R2、R3和Cl组成故障检测延时充电回路，通过控制故障检测延迟充电回路的延迟时间，可避免IGBT在开通过程中电容Cl上电压升得过快使瞬时电压大于过流故障点电压值而发生误保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]图1为现有技术对IGBT进行过流保护的电路示意图；
[0025]图2为图1的简化电路图；
[0026]图3为本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路的示意图；
[0027]图4为本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路的另一示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]图3为本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路的示意图，参照图3，该过流故障保护电路包括=IGBT隔离驱动光耦U1，电容Cl，电阻R1，电阻R2，电阻R3，第一电源Ml，二极管Dl和IGBT ；
[0030]其中，电容Cl连接于所述IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚与Ve脚之间；电阻Rl与电容Cl并联；IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚依次经电阻R2、电阻R3后与第一电源Ml相接；二极管Dl的阳极接于电阻R2和电阻R3之间，阴极与IGBT的集电极相接；IGBT隔离驱动光耦Ul的Ve脚与IGBT的发射极等电位相接且接地。
[0031]本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路，实现过流保护的方式可以为:电容Cl接于DESAT脚和Ve脚之间，为故障检测延迟电容；在IGBT隔离驱动光耦Ul输出低电平(即IGBT不开通)的情况下，DESAT脚被钳位到Ve，电容Cl上的电压为0，此时过流故障保护电路不工作；当IGBT隔离驱动光耦Ul输出高电平(即IGBT开通的动态过程)的情况下，DESAT脚接IGBT隔离驱动光耦Ul内部比较器输入脚，IGBT的过流故障保护电路的第一电源Ml通过电阻R1、R2、R3对电容Cl充电，当故障检测延迟电容Cl还未升到过流故障点电压值时，IGBT及时正常开通，Cl电容的电位被IGBT开通压降钳位住，此时DESAT脚电压Vdesat = (R1/(R2+R1))*(VCE+VD1)，在这个开通的动态过程中，R1、R2、R3对电容Cl充电到IGBT正常开通的时间称为故障检测延迟时间，该故障检测延迟时间是为了避免IGBT在开通过程中电容Cl上电压升得过快而发生误保护。当发生过流或者短路时，IGBT的Vce电压迅速上升，二极管Dl反向截止，IGBT的过流故障保护电路的第一电源Ml通过电阻R1、R2、R3对电容Cl充电，当电容Cl上电压升到过流故障点电压值时，IGBT隔离驱动光耦Ul立即封锁IGBT脉冲，实施过流保护，并通过IGBT驱动光耦Ul的FAULT引脚输出故障信号给外部控制电路。
[0032]同时，在本实用新型实施例中，R1、R2、R3和Cl组成故障检测延时充电回路，延迟时间ζ = ((R2+R3) *R1) *C1/ (R1+R2+R3);本实用新型实施例可通过调节电阻R1、R2、R3和电容Cl的参数，设置故障检测延迟时间，防止在IGBT正在开通期间模块压降还未降至稳态压降，Vdesat已经充电到IGBT隔离驱动光耦Ul的过流故障点电压值，导致误报过流故障的发生。
[0033]本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路，适用于不同额定稳态压降的IGBT的过流故障保护，通过调节Rl、R2、R3的参数，可以线性的调节IGBT正常工作时IGBT隔离驱动光耦Ul检测到的电容Cl上的电压Vdesat，使IGBT正常工作时检测到的电压Vdesat小于过流故障点电压值，避免因IGBT差异性导致的误报故障而使得电路不能通用，提升过流故障保护电路的适用性。同时，本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路通过R1、R2、R3和Cl组成故障检测延时充电回路，通过控制故障检测延迟充电回路的延迟时间，可避免IGBT在开通过程中电容Cl上电压升得过快使瞬时电压大于过流故障点电压值而发生误保护。
[0034]假设过流故障点电压值为6.5V，IGBT的额定导通压降是6V，二级管Dl的正向导通压降为0.6V，现有技术中，在IGBT正常导通的情况下，电容Cl上的电压被IGBT钳位在Vdesat=VCE+VD1 = 6+0.6 = 6.6V，那么在IGBT正常工作时，由于Vdesat大于过流故障点电压值，IGBT隔离驱动光耦Ul会封锁脉冲，现有技术的这个IGBT驱动芯片就不能适用在这个IGBT上面，为了满足IGBT的需求，必须选用过流故障点电压值更大的IGBT隔离驱动光耦，而这样会明显增加成本。如果采用本实用新型的方案，在电容Cl上面并联一个电阻R1，如图3，同样 IGBT 钳位电压是 6.5V,根据公式 Vdesat = (Rl/(R2+R1)) * (VCE+VD1)，若取 Rl = 6.2K Ω，R2 = 2ΚΩ，则检测到的电容Cl上的Vdesat = 4.99V，离过流故障点电压值6.5V还有1.5V多余量，保证了 IGBT的过流故障保护电路在IGBT上面的通用性，灵活易用，能够兼容不同稳态压降的IGBT，且基本不增加成本，为IGBT的过流故障保护电路的模块化设计，器件的选型提供了更大的空间。
[0035]可见，本实用新型实施例通过在故障检测电容Cl上面并联一个分压电阻R1，可以通过匹配分压电阻的参数来调节IGBT开通压降反应到Vdesat上面的幅值，这样就可以一个IGBT的过流故障保护电路适配不同的IGBT，灵活地根据IGBT的额定导通压降的不同，匹配分压电阻Rl的参数，保证稳态压降较大的IGBT正常导通的时候不会误报故障，这样可以使IGBT的过流故障保护电路通用到不同稳态压降的IGBT上，不需要根据不同稳态压降的IGBT，选用不同的IGBT的过流故障保护电路或选用过流故障点电压值更大的IGBT隔离驱动光耦，提升了 IGBT的过流故障保护电路的适用性并降低了成本。
[0036]图4为本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路的另一示意图，图4为针对图3所示电路的完整电路示意图，参照图4，该过流故障保护电路可以包括:IGBT隔离驱动光耦U1，电容Cl，电阻R1，电阻R2，电阻R3，第一电源M1，二极管Dl，IGBT,电容C2，电阻R4，光耦原边驱动信号输入回路脚(包括ANODEl脚，AN0DE2脚和CATHODE I脚)，驱动电阻Rg,驱动下拉电阻RPUl_和外部控制电路Wl ；
[0037]其中，IGBT隔离驱动光耦Ul的引脚介绍如下:1脚为Vs脚，2脚为Vra脚，3脚为FAULT脚，4脚为Vs脚，5脚为CATH0DE2脚，6脚为ANODEl脚，7脚为AN0DE2脚，8脚为CATHODE I脚，9脚为Veei脚，10脚为VaAMP脚，11脚为Vtjut脚，12脚为Vee2脚，13脚为Vrc2脚，14脚为DESAT脚，15脚为Vled脚，16脚为Ve脚；其中，6脚(AN0DE1脚)、7脚(AN0DE2脚)、8脚(CATH0DE1脚)为光耦原边驱动信号输入回路脚，13脚(Vcc2脚)、12脚(Vee2脚)、9脚(Veei)为副边驱动信号输出电源脚，11脚(Vwt脚)为驱动信号输出脚，14脚(DESAT脚)为IGBT过流故障检测脚；
[0038]图4所示过流故障保护电路存在如下连接结构:
[0039]电容Cl接于IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚与Ve脚之间；
[0040]电阻Rl并联接于电容Cl上；
[0041]IGBT隔离驱动光耦Ul的DESAT脚依次经电阻R2、电阻R3后与第一电源Ml相接；
[0042]二极管Dl的阳极接于电阻R2和电阻R3之间，阴极与IGBT的集电极相接；
[0043]IGBT隔离驱动光耦Ul的Ve脚与所述IGBT的发射极等电位相接且接地；
[0044]第一电源Ml的正极与IGBT隔离驱动光耦Ul的Vrc2脚相接，负极接地；
[0045]电阻R3接于所述第一电源Ml的正极与二极管Dl的阳极之间；
[0046]电容C2接于IGBT隔离驱动光耦Ul的Ve脚与所述第一电源Ml的正极之间；
[0047]电阻R4接于IGBT隔离驱动光耦Ul的光耦原边驱动信号输入回路脚；可选的，IGBT驱动信号通过电阻R4与IGBT隔离驱动光耦Ul的ANODEl脚和AN0DE2脚相连，IGBT隔离驱动光耦Ul的CATH0DE1脚接地；
[0048]IGBT隔离驱动光耦Ul的Vwt脚经驱动电阻Re与IGBT的基极相连；具体的，驱动电阻Re —端接于IGBT隔离驱动光耦Ul的驱动信号输出脚(Vrat脚)，另一端接于所述IGBT的基极；IGBT隔离驱动光耦Ul的信号可通过驱动电阻Re驱动IGBT的开关；
[0049]电阻Rpuiihmwn接于IGBT隔离驱动光I禹Ul的驱动信号输出脚(Vtjut脚)，与Veei脚之间，起到防静电作用；
[0050]外部控制电路Wl可接于IGBT隔离驱动光耦Ul的FAULT脚，接收IGBT隔离驱动光耦Ul反馈的故障信号。
[0051]图4所示过流故障保护电路中，IGBT驱动信号可通过电阻R4输入到光耦原边，在副边11脚输出经IGBT隔离驱动光耦Ul隔离后的驱动信号，信号通过驱动电阻Re驱动IGBT的开关，Rpull-Down为驱动下拉电阻，起到防静电作用。图中Rl、R2、R3、Cl、Dl组成IGBT过流故障检测电路；二极管Dl接IGBT集电极，隔离高压串入光耦。当发生过流或者短路时，IGBT的Vce电压迅速上升，二极管Dl反向截止，第一电源Ml通过电阻Rl、R2、R3对电容Cl充电，当电容Cl上的电压升到IGBT隔离驱动光耦Ul的过流故障点电压值时，IGBT隔离驱动光耦Ul立即封锁IGBT脉冲，实施过流保护，并通过3脚反馈故障信号到外部控制电路。
[0052]本实用新型实施例提供的IGBT的过流故障保护电路，避免了因IGBT差异性导致的误报故障而使得过流故障保护电路不能通用的问题，提升过流故障保护电路的适用性。
[0053]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种叩81的过流故障保护电路，其特征在于，包括: 1681 ? 1681隔离驱动光耦仍，电容01，电阻81，电阻以，电阻83，第一电源11，二极管01 ； 其中，所述电容连接于所述叩81隔离驱动光耦仍的02^1脚与％脚之间；所述电阻尺1与所述电容并联；所述叩81隔离驱动光耦VI的02^1脚依次经电阻以、电阻尺3后与第一电源11相接；所述二极管01的阳极接于电阻82和电阻…之间，阴极与1(?丁的集电极相接；1部1隔离驱动光耦VI的％脚与所述％81的发射极等电位相接且接地。
2.根据权利要求1所述的叩81的过流故障保护电路，其特征在于，还包括:电容02； 所述电容02接于％81隔离驱动光耦VI的\脚与所述第一电源11的正极之间。
3.根据权利要求1所述的叩81的过流故障保护电路，其特征在于，还包括: 接于1681隔离驱动光耦VI的光耦原边驱动信号输入回路脚的电阻尺4 ； 1681驱动信号通过所述电阻财与1(^81隔离驱动光耦VI的八从)021脚和八从)022脚相连，所述％81隔离驱动光耦VI的0\1！！0021脚接地。
4.根据权利要求1所述的叩81的过流故障保护电路，其特征在于，还包括:驱动电阻 所述1部1隔离驱动光耦VI的V。#脚经所述驱动电阻％与所述1部1的基极相连。
5.根据权利要求4所述的叩81的过流故障保护电路，其特征在于，还包括: 接于1681隔离驱动光耦VI的V。#脚与^脚之间的驱动下拉电阻胃。
6.根据权利要求1所述的I⑶!'的过流故障保护电路，其特征在于，还包括:接于1(?丁隔离驱动光耦VI的脚的，接收1(^81隔离驱动光耦VI反馈的故障信号的外部控制电路II。
【文档编号】H02H7/20GK204144924SQ201420689894
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】谌敏 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司