一种用于IGBT控制的有源嵌位保护电路的制作方法

本发明涉及电机驱动领域，特别涉及一种用于IGBT控制的有源嵌位保护电路。

背景技术：

在一些应用场合，如高速铁路的高速列车驱动应用领域，由于不同轨道的列车距离较近，在两车交汇时，相邻轨道的列车高速通过时，会对旁边列车中的驱动电路产生非常大的电磁干扰，此时，旁边受干扰列车中开关驱动电路的IGBT集电极电压会飙高至额定电压的数倍，此时，如果IGBT是关断状态，则有被击穿的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中大功率IGBT在受到外电场干扰时，集电极电压容易异常飙高的情况，提供一种可以设置阈值，在集电极电压超出阈值后，开通IGBT门极，从而降低集电极电压，以防止电路被击穿的有源钳位保护电路。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于IGBT控制的有源嵌位保护电路，其特征在于，包括输入端、第一输出端、第二输出端；

所述输入端与被控IGBT的集电极连接，第一输出端与被控IGBT的门极连接，第二输出端与被控IGBT关断控制电路的输入端连接；

还包括，由至少2个同向串接的稳压二极管组成的第一稳压二极管组，所述第一稳压二极管组与被控IGBT的集电极连接，其中的稳压二极管的负极为输入端，正极为输出端；

所述第一稳压二极管的输出端通过串接的第一二极管D1、第一电阻R1与被控IGBT的开关驱动电路输出端连接；

所述第一稳压二极管的输出端还通过第二二极管D2、第二电阻R2与第二NMOS管Q2的栅极连接；第二NMOS管Q2的源极接负压电源，漏极通过第三电阻R3与开关驱动电路的输入端连接。

进一步的，一些情况下，受干扰的IGBT驱动电路处于未工作状态（如一辆火车静止停放，另一辆火车从旁边轨道高速通过）此时，静止停放的火车同样会由于受到干扰而导致的IGBT集电极电压升高，但是与工作时相比，此时可以容忍更高的电压峰值，即IGBT工作时和不工作时，需要设置不同的集电极电压峰值阈值，而不工作时的阈值应该更高，鉴于这种需求，本电路还包括至少2个串接的稳压二极管组成的第二稳压二极管组以及第一NMOS管Q1，所述第二稳压二极管组中的稳压二极管负极为输入端，正极为输出端；所述第二稳压二极管组与所述第一NMOS管Q1并接；其输入端与第一稳压二极管组的输出端连接，其输出端与第一NMOS管Q1的源极连接；

所述第一NMOS管Q1的栅极与一延时电路的输出端连接，所述延时电路的输入端与被控IGBT的开关驱动电路输出端连接。

进一步的，所述延时电路包括第一电容C1、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3以及第一稳压二极管ZD1；

所述第三二极管D3和第一稳压二极管ZD1反向串接后与第四电阻R4并接；所述第一电容C1和第五电阻R5并接；

第一电容C1的一端同时与所述第三二极管D3的负极、第四电阻R4的一端以及第一NMOS管的栅极连接；

所述第一稳压二极管ZD1的负极及所述第四电阻R4的另一端与被控IGBT开关驱动电路的输出端连接。

进一步的，所述第二NMOS管Q2的栅极与所述负压电源之间还设置有门极保护电路，所述门极保护电路包括设置在第二NMOS管栅极和源极之间的第五电阻R5和第二稳压二极管ZD12、第三稳压二极管ZD13，其中，第二稳压二极管ZD12与第三稳压二极管ZD13反向串接后与第五电阻R5并接，第二第二稳压二极管ZD12的负极与第二NMOS管的栅极连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的用于IGBT控制的有源嵌位保护电路在IGBT受到外电场干扰瞬间飙高时，开启IGBT门极，防止IGBT被击穿，同时，巧妙的通过一延时电路，判断IGBT的是否处于工作状态，在一些实施例中，利用与延时电路连接的MOS管以及与该MOS管并接的第二稳压二极管组设置两个等级的阈值，在IGBT正常工作时，采用第一阈值，而在IGBT不工作时，采用第二阈值，极大的提高了电路的安全性。

附图说明：

图1为本发明有源钳位保护电路一实施例的电路图。

图2为本发明有源钳位保护电路另一实施例电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1：如图1所示，本实施例提供一种用于IGBT控制的有源嵌位保护电路包括输入端、第一输出端、第二输出端；所述输入端与被控IGBT的集电极连接，第一输出端与被控IGBT的门极连接，第二输出端与被控IGBT关断控制电路的输入端连接；还包括，由至少2个同向串接的稳压二极管组成的第一稳压二极管组（图1中的ZD2至ZD5），所述第一稳压二极管组与被控IGBT的集电极连接，其中的稳压二极管的负极为输入端，正极为输出端；所述第一稳压二极管的输出端通过串接的第一二极管D1、第一电阻R1与被控IGBT的开关驱动电路输出端连接；所述第一稳压二极管的输出端还通过第二二极管D2、第二电阻R2与第二NMOS管Q2的栅极连接；第二NMOS管Q2的源极接负压电源，漏极通过第三电阻R3与开关驱动电路的输入端连接。

本实施例提供的有源钳位保护电路用于IGBT正常工作时，由二个以上稳压二极管串接构成的第一稳压二极管组的击穿电压即为本电路集电极电压的第一阈值，当与IGBT的集电极连接的输入端电压高于第一阈值，第一稳压二极管组被击穿，此时，其一方面通过第二输出端口输出低电平（某些情况下是负压），使得IGBT的开关驱动电路停止工作；另一方面通过第一输出端直接向IGBT门极输出高电平，将其开启，从而降低集电极电压。

实施例2：如图2所示，由于在一些情况下，没有处于工作状态的IGBT也有可能由于外电池的干扰而导致集电极电压异常飙升，而此时其电压阈值应高于正常工作时，因此本实施例中，除了实施例1所提供的电路，还包括至少2个同向串接的稳压二极管组成的第二稳压二极管组（如图2中的ZD6、ZD7）以及第一NMOS管Q1，所述第二稳压二极管组中的稳压二极管负极为输入端，正极为输出端；所述第二稳压二极管组与所述第一NMOS管Q1并接；其输入端与第一稳压二极管组的输出端连接，其输出端与第一NMOS管Q1的源极连接；

所述第一NMOS管Q1的栅极与一延时电路的输出端连接，所述延时电路的输入端与被控IGBT的开关驱动电路输出端连接。所述延时电路包括第一电容C1、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3以及第一稳压二极管ZD1；所述第三二极管D3和第一稳压二极管ZD1反向串接后与第四电阻R4并接；所述第一电容C1和第五电阻R5并接； 第一电容C1的一端同时与所述第三二极管D3的负极、第四电阻R4的一端以及第一NMOS管的栅极连接所述第一稳压二极管ZD1的负极及所述第四电阻R4的另一端与被控IGBT开关驱动电路的输出端连接。

具体的，在IGBT正常工作时，与IGBT开关驱动电路输出端连接的第一电容会被充电，因此，在IGBT正常工作时，第一NMOS管Q1的栅极始终处于高电平，即导通状态，此时，第二稳压二极管组被导通的第一NMOS管Q1短接不起作用，此时，由第一稳压二极管组决定IGBT集电极第一阈值，当集电极电压超过该第一阈值时，第一稳压二极管组中二极管均被击穿，此时，有源钳位保护电路一方面通过第二输出端输出低电平（或负压），至IGBT开关驱动电路的输入端，从而使得该开关驱动电路停止工作，进而通过第一输出端将高电平输出至所述开关驱动电路的输出端（与IGBT门极连接），以控制所述受控IGBT的门极开启，将其集电极电压减低。而在开关驱动电路没有工作时，第一NMOS管Q1的栅极接收不到开关驱动电路的开启门极高电平，处于关断状态，此时第一稳压二极管组和第二稳压二极管组串接，两者共同决定IGBT集电极电压的第二阈值，当集电极电压超过该第二阈值值时，第一稳压二极管组及第二稳压二极管组均被击穿，有源钳位保护电路同样自第二输出端输出低电平保证IGBT开关驱动电路停止工作，同时，通过第一输出端将高电平输出至IGBT门极，降低集电极电压。