IGBT驱动峰值检测保护电路的制作方法

本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种igbt驱动峰值检测保护电路。

背景技术：

目前，当igbt驱动工作出现异常时，为了使igbt因异常造成的损失减少到最小、甚至减少到零，现有的igbt驱动都很重视保护功能，在增加保护功能的同时提高保护功能的有效性，下面分别进行阐述：

第一种，基于apcl-332j驱动保护：通过检测igbt的集电极和发射极两端电压在工作期间的压降，判断igbt工作是否处于短路或过流状态，并实施软关断与封锁驱动等保护措施；apcl-332j内部集成检测igbt集电极发射极电压欠饱和及故障状态反馈电路，为驱动电路安全可靠工作提供保障。

其缺点是：当多级igbt同时并联时，这种检测手段在其中一个igbt出现异常或者不工作的情况下不能正确的检测出故障。

第二种，基于霍尔传感器的输出电流采样保护：一种比较普遍的电流采样方式，在igbt输出端加入电流传感器，通过电流传感器得到线性度很好的小电流或小电压，传送给控制部分以做保护。

其缺点是：多级igbt并联时所使用的检测电流传感器将增加很多，对所装机器结构布局和电气布局都存在很大问题、成本和体积会有明显增加，随着功率越大并联个数越多更不容易实现每个igbt输出都采集电流。

技术实现要素：

针对现有大功率机器的多级igbt并联保护电路的保护价格成本昂贵和功能不够全面的问题，当多级igbt有一路驱动不正常或者不工作时，常用的保护电路不能够检测故障出来，有一路igbt不能工作将导致其他并联的igbt输出电流急剧增加出现故障造成损失，基于这种情况为了保证所有的驱动处于正常工作而提供一种综合驱动保护电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种igbt驱动保护电路，用于对多个并联的igbt进行驱动保护，

所述电路包括峰值检测单元、求差运放单元、比较单元、隔离单元以及封锁保护单元，其中：

所述峰值检测单元分别与多个所述igbt的发射极连接，以对多个所述igbt的驱动开通电流进行采样，并将采样获得的最大峰值电平和最小峰值电平输出到所述求差运放单元；

所述求差运放单元用于对所述最大峰值电平和所述最小峰值电平进行求差和放大，并将求差和放大结果输出到所述比较单元；

所述比较单元将所述求差和放大结果与参考电平进行比较，并在所述求差放大结果大于所述参考电平时输出故障信号；

所述隔离单元连接到所述比较单元，并在接收到所述故障信号时，将所述故障信号进行翻转以向所述封锁保护单元输出驱动信号，使所述封锁保护单元切断所述igbt的供电源以封锁所述igbt的输出。

优选地，所述峰值检测单元包括高阻抗回路以及多个并联连接的双二极管；

所述高阻抗回路包括依次串联连接在驱动正电压和驱动负电压之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；每一所述双二极管包括串联连接在第二电阻两端的第一二极管和第二二极管，且在每一所述双二极管中，所述第一二极管和第二二极管的连接点连接到一个igbt的发射极。

优选地，所述求差运放单元包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接到所述第一电阻和所述第二电阻之间的连接点，所述运算放大器的第二输入端连接到所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接点。

优选地，所述比较单元包括比较器；

所述比较器的同相输入端接入参考电平，所述比较器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。

优选地，所述隔离单元包括三极管和光耦；

所述三极管的基极与所述比较器的输出端连接，所述三极管的集电极与所述光耦的原边连接，所述三极管的发射极连接参考地，且所述三极管的基极与发射极之间连接有第四电阻；

所述光耦的副边与所述封锁保护单元的输入端连接。

优选地，所述求差运放单元还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻，其中，所述第五电阻和所述第六电阻并联连接后与所述第七电阻串联连接在所述高阻抗回路和所述运算放大器的第一输入端之间，所述第八电阻和所述第九电阻并联连接后与所述第十电阻串联连接在所述高阻抗回路和所述运算放大器的第二输入端之间。

优选地，所述比较单元还包括分压电路和第一滤波电路，所述分压电路连接到所述比较器的同相输入端，并将外部输入电压做分压处理后生成参考电平；

所述第一滤波电路与所述求差放大单元的输出端连接。

优选地，所述隔离单元还包括连接在所述比较单元的输出端和所述三极管的基极之间的二极管。

优选地，所述光耦的副边与封锁保护单元之间连接有一抗干扰回路，所述抗干扰回路包括并联在接地端和所述光耦的副边的电容，以及连接在所述光耦的副边的电阻构成。

优选地，所述比较单元还包括滞缓回路和稳压回路；

所述滞缓回路包括连接在所述比较器的同相输入端和输出端之间的第十一电阻，以及连接在所述比较器的输出端与驱动正电压之间的第十二电阻；

所述稳压回路由稳压芯片以及连接在稳压芯片的各个引脚的多个电阻构成，并将所述分压电路的输出做稳压处理后输出到所述比较器的同相输入端。

上述gbt驱动峰值检测保护电路通过采用峰值检测单元来对所述主电路的igbt的驱动开通电流进行采样，并在进行求差和放大，以及比较之后，根据故障信号来确定igbt是否发生异常，并且在确定igbt发生异常后，输出故障信号，并根据故障信号来向封锁保护单元输出驱动信号，使封锁保护单元切断igbt的供电源以封锁igbt的输出，从而对所述igbt进行保护。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例igbt驱动峰值检测保护电路的结构示意图；

图2是本发明实施例的igbt驱动峰值检测保护电路电路图；

图3是本发明实施例的igbt驱动峰值检测保护电路电路图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明所提出的igbt驱动峰值检测保护电路的结构方框图，该igbt驱动峰值检测保护电路用于对多个并联的igbt进行驱动保护，其包括峰值检测单元1、求差运放单元2、比较单元3、隔离单元4和封锁保护单元5，其中，峰值检测单元1的输入端和输端分别与igbt的发射极和求差放大单元2的输入端连接，比较单元3的输入端和输出端分别与求差放大单元2的输出端和隔离单元4的输入端连接，隔离单元的输出端与封锁保护单元连接。

其中，所述峰值检测单元1的输入端连接到多个igbt的发射极，以用于将igbt输出的驱动开通电流通过发射极驱动电阻re分压获得电压值输出，通过多级并联的双二极管进行igbt驱动电路的隔离，同时通过第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3与驱动正电压upp，驱动负电压upn构成高阻抗回路，在第一电阻r1和第二电阻r2之间输出最大峰值电平，在第二电阻r2和第三电阻r3之间输出最小峰值电平。

所述求差运放单元2的输入端接入峰值检测单元1输出的最大峰值电平和最小峰值电平，以对最大峰值电平和最小峰值电平进行求差运算后，放大输出，同时通过第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7控制输入峰值电压的大小调节输出电压，通过第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9以及第十电阻r10来调整输入电压输出的放大倍数将求差和放大后输出的电压控制在合理范围内。

所述比较单元3的输入端接入稳压回路输出的参考电平和求差运放单元2的输出，并将两者通过比较器u2做比较，以判断是否有igbt是否发生驱动故障，使得比较单元在求差放大结果大于参考电平时输出故障信号。其中，在稳压回路中，驱动正电压upp经过电阻r13限流后输出到稳压芯片u3中，然后经过电阻r14和电阻r15分压后经过电容c1获得稳定的输出参考电压，输出参考电压经过电阻r16和电阻r17分压后，得到参考电平后，输入到比较器u2中；所述求差放大结果经过电阻r18、电阻r19和电阻c2滤波后也输入比较器u2。

所述隔离单元4的输入端接入比较单元3输出的故障信号，所述故障信号用于控制光耦pc1的导通和关断来做故障信号的隔离传递，其中，隔离单元4中的二极管d1可以用来隔离比较单元3输出的一些负压信号，以确保后续的所述封锁保护单元5的正常工作。其中，通过电阻r4、电阻r20和三极管tr1使得故障信号发生电位翻转，从而使得光耦pc1导通，以防止光耦故障，不能传递故障信号。其中，故障信号进行翻转向封锁保护单元输出驱动信号。

所述封锁保护单元5将隔离单元4输出的驱动信号做抗干扰处理后，连接至igbt的驱动隔离芯片的片选引脚，并在接收到故障信号时，将切断所述igbt的供电源以封锁所述igbt的输出，从而对ibgt进行保护。其中，隔离单元4的光耦pc1的副边与封锁保护单元5之间连接有一抗干扰回路，用于对驱动信号做抗干扰处理，所述抗干扰回路由并联在接地端和所述光耦的副边的电容，以及连接在所述光耦的副边的电阻构成。

如图2和图3所示，是本实施例igbt驱动峰值检测保护电路的简化电路图。优选地，该电路图包括多个并联同向的双二极管和高阻抗回路。所述高阻抗回路包括依次串联连接在驱动正电压和驱动负电压之间的第一电阻、第二电阻和第三电阻；每一所述双二极管包括串联连接在第二电阻两端的第一二极管和第二二极管，且在每一所述双二极管中，所述第一二极管和第二二极管的连接点连接到一个igbt的发射极。其中，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻用以对采样得到的电压进行分压，得到最大峰值电平和最小峰值电平。

优选地，所述求差运放单元2还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻，其中，所述第五电阻和所述第六电阻并联连接后与所述第七电阻串联连接在所述高阻抗回路和所述运算放大器的第一输入端之间，以所述第八电阻和所述第九电阻并联连接后与所述第十电阻串联连接在所述高阻抗回路和所述运算放大器的第二输入端之间。

优选地，所述比较单元3还包括分压电路和第一滤波电路，所述分压电路连接到所述比较器的同相输入端，并将外部输入电压做分压处理后生成参考电平，所述第一滤波电路与所述求差放大单元的输出端连接。

优选地，所述隔离单元4还包括连接在所述比较单元的输出端和所述三极管的基极之间的二极管。

优选地，所述比较单元还包括滞缓回路和稳压回路；

所述滞缓回路包括连接在所述比较器的同相输入端和输出端之间的第十一电阻，以及连接在所述比较器的输出端与驱动正电压之间的第十二电阻；

所述稳压回路由稳压芯片以及连接在稳压芯片的各个引脚的多个电阻构成，并将所述分压电路的输出做稳压处理后输出到所述比较器的同相输入端。

该igbt驱动峰值检测保护电路的工作原理如下：

当igbt没有驱动电压时，峰值检测单元1所输出的最大峰值电平和最小峰值电平是双二极管造成的压降电压，经过求差运放单元2进行求差运放后，将求差和放大结果输给到比较单元2的比较器u2的反相输入端；将通过驱动正电压限流后由稳压芯片u3和分压电阻r23和r24后稳压输出一个稳定的电压，并经分压电阻r13和r14分压输出的参考电平输入到比较器u2的同向输入端，以使比较器u2将求差和放大结果与参考电平进行比较做比较，并在所述求差放大结果大于所述参考电平时输出故障信号时，输出高电平的故障信号。故障信号输入至隔离单元4，比较器u2输出高电平时，通过二极管d1和r18分压电阻使三极管tr1的基极电压为1.44v，这时三极管处于导通状态，三极管集电极电平为1.6v，这时流经光耦pc1的电流增大，足以使光耦pc1导通，光耦pc1的原边导通时，光耦pc1的副边输出为驱动信号，该驱动信号经过抗干扰回路滤波后，输出至封锁保护单元5，使所述封锁保护单元切断所述igbt的供电源以封锁所述igbt的输出。

需要说明的是，为了使隔离单元4的光耦pc1在正常状态下处于导通状态，本实施例使用三极管tr1使输出逻辑反向，比较器u2输出会存在负压输出同时也为了后端电路不影响比较器正常工作，中间串联一个隔离二极管以隔离比较单元的负压输出。

当igbt不工作时，光耦pc1在正常状态下常态电平是为负压电平，igbt处于关闭状态，igbt的g极和发射极之间并联了一个滤波电容电阻，通过峰值采样电路中驱动正电压upp(+15v)和驱动负电压upn(-8.5v)提供参考电平，第一电阻r1和第二电阻r2之间检测出一个负的三百毫伏左右的峰值电平，第二电阻r2和第三电阻r3之间检测出一个负的几十毫伏左右的峰值电平。当两个峰值电平输入至求差放大单元2时，由于r4、r5、r8的输入阻值和r6、r7、r9输入阻值相同，且r10和r11相同时，经过求差放大单元2放大r11的阻值比上r6、r7、r9输入阻值的倍数，这时故障信号为负的七百毫伏左右的电平。当比较器u2反相输入端为负压，小于同向输入端的参考电平，对于比较结果不会产生影响，隔离单元的故障信号也不会发生翻转，从而没有驱动信号输出，封锁保护单元5不工作。

当igbt正常工作时，在导通的瞬间流过驱动电阻re上的电流会使采样电流检测到re上形成的峰值电压，在第一电阻r1和第二电阻r2之间检测出最大峰值电平(3.4v)，第二电阻r2和第三电阻r3之间检测出最小峰值电平(2.9v)，经过求差后放大三倍，并输出求差和放大结果(1.5v)，由于求差和放大结果小于参考电平(2.2v)，故比较单元3不工作，后面的电路电平将不会改变。

当igbt其中一路的驱动电阻re出现焊接错误或者使用过程中电阻失效，导致igbt驱动异常而引起单独一个igbt没有驱动不能正常工作时，会出现驱动电阻re的阻值发生变化或者直接断路。

当与igbt相连的驱动电阻re只是发生阻值变化时，这时在第一电阻r1和第二电阻r2之间会检测出来一个最大峰值电平为3.6v左右，第二电阻r2和第三电阻r3之间检测出最小峰值电平为1.7v左右，这时经过求差放大单元2放大后，输出的求差放大结果为5.4v左右的电平，这时比较器u2反相输入端的电压超过比较器u2同向输入端的参考电平(2.2v)，比较器u2将会输出负压，同时因为滞缓回路的作用参考电平变为1.8v的电平，因此，只有当求差放大结果低于1.8v时比较器u2输出才会恢复为高电平输出。

当与igbt相连的驱动电阻re断路时，这时在第一电阻r1和第二电阻r2之间会检测出来的最大峰值电平约等于驱动电压(15v)，第二电阻r2和第三电阻r3之间检测出最小峰值电平5.7v，这时经过求差运放单元2放大后输出的求差运放结果的电平大小为运算放大器u1允许最大输出电平大小。

当比较器u2输出为负压时，这时d1二极管不导通，三极管tr1的基极为零伏，三极管tr1不导通，三极管tr1集电极的电平与光耦pc1的阳极电平一致，这时光耦pc1会因为两端压差变小，流过电流不足以使其导通而关闭。因为小电容c3在这里会使得光耦导通关断时间变的及短，在下一次比较器u3输出的电平信号发生翻转时，三极管需要电阻r20为其集电极提供电压，三极管集电极电压大于基极电压时才会导通，在下一次电平发生翻转时才能正常导通，在光耦关闭时，光耦的副边输出低电平信号，从而向封锁保护单元5输出驱动信号，以使封锁保护单元5切断igbt的供电源以封锁igbt的输出。

另外，在igbt驱动保护电路的带宽为纳秒级别，并且响应速度快，对于多功率器件使用能够保证其安全性，且成本低，可靠性高。

当然，所述igbt驱动峰值检测保护电路不止局限于上述描述方式，凡是采用igbt并联驱动峰值检测保护电路对功率器件产生保护作用的，均属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。