专利名称：能保护半导体开关的驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及能保护变流器(如控制电机的变流器)中的变流半导体开关1(如GTR、GTO、MOS、IGBT、MCT)不被过电流过电压所损坏的驱动器。
半导体开关在过流过压或短路时易损坏。《国外电气自动化》杂志91年5期《逆变器回路中IGBT模块的保护技术》一文，述及日本富士公司产品EXB系列驱动器通过监测IGBT的通态压降识别过电流，用慢关断电路关断过电流来保护IGBT。该产品在输入窄脉宽开通信号时不能识别过电流和不能慢关断过电流，其也不能鉴别出是过电流或是短路电流而采用不同方式保护。其存在保护死区和保护功能缺陷。
本发明要推出在输入窄脉宽开通信号时能通过监测半导体开关通态压降识别过电流的驱动器；推出能在任何情况下慢关断过电流的驱动器；推出通过监测通态压降能鉴别出不同值过电流的驱动器。
本发明推出的产品驱动器2主要由半导体元件和无源元件构成，在驱动器2的输入与输出端之间连接有开关电路3。
本发明的A类驱动器2中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)的比较电路5，在开关电路3中连接有由正反馈回路、定时回路构成的单稳触发电路7。单稳触发电路7经窄脉冲触发就输出由定时回路所确定的脉宽，使驱动器2在窄脉宽开通信号输入时产生设定脉宽输出，保障比较电路5能在此时通过监测半导体开关1的通态压降识别过电流，以实现对半导体开关1的可靠保护。
本发明的B类驱动器2中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)或连接电流检测器8的比较电路9，开关电路3的输出部份由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，比较电路9连接或通过元件连接开通电路10，比较电路9的输出通过元件13连接关断电路11。过电流时比较电路9输出信号关断开通电路10，由慢关断电路12构成慢关断输出，比较电路9输出信号通过元件13阻止或延迟关断电路11接通关断输出而不破坏慢关断输出。在各种情况下(如输入窄脉宽开通信号或即将出现关断信号时)出现过电流或短路，其都能使半导体开关1慢关断而不被过流过压损坏。该驱动器2的开关电路3中可连接有单稳触发电路7，使其具有A类驱动器2的优点。
本发明的C类驱动器2中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)的比较电路5和6，开关电路3中的开关电压连接延时电路14的输入端，延时电路14连接或通过半导体开关15连接比较电路5或5和6，比较电路5和6分别通过监测半导体开关1的通态压降识别不同值过电流、短路电流，延时电路14在开关电路3输出开通信号时延时一段时间后控制或经半导体开关15控制比较电路5或5和6进行监测或输出信号。比较电路5和6的输出可连接同一输出元件16(如光耦17)，在同一路输出中以不同值信号分别输出不同值过电流、短路电流。比较电路6的输出可通过延时关断电路18连接比较电路5。比较电路6的输出可连接或通过元件连接开关电路3。比较电路6输出过电流信号经延时关断电路18关断比较电路5或其输出，比较电路6输出的过电流信号使开关电路3关断半导体开关1实现保护，高值过电流(以下称短路电流)时，比较电路5在由延时关断电路18所延时的期间识别短路电流、输出短路信号。比较电路5或6的输出可连接延时电路19，能保障输出信号的最小脉宽。该驱动器2的开关电路3中可连接有单稳触发电路7，使其具有A类驱动器2的优点。该驱动器2的开关电路3的输出部份可由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，比较电路5或6连接或通过元件连接开通电路10，比较电路5或6的输出通过元件13连接关断电路11，使其具有B类驱动器2的优点。
本发明中的延时电路可由电阻和半导体元件(如晶体管20、21或69)构成，用半导体元件的延迟时间为延时时间，使延时可靠和易于集成化制造。本发明中所指的元件和电路都是半导体元件、无源元件或由其所组成，都能制成集成电路。以下结合产品实例予以逐步说明。
图1、2、3分别是本发明A、B、C类驱动器2的产品框图，图4、5、6分别是本发明A、B、C类驱动器2的一种实施例产品电路图。
图1的A类驱动器2中比较电路5经二极管4连接半导体开关1集电极，驱动器2输入与输出端之间的开关电路3中连接有单稳触发电路7。
图2的B类驱动器2中比较电路9的输入经E线、二级管4连接半导体开关1集电极或经F线连接电流检测器8，开关电路3的输出部份由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，比较电路9的输出连接开通电路10，比较电路9的输出通过元件13连接关断电路11。
图3的C类驱动器2中比较电路5和6通过二极管4连接半导体开关1集电极，开关电路3中的开关电压连接延时电路14的输入端，延时电路14连接比较电路5或5和6，G线是可选择线。
图4的驱动器2中由电阻22～32、电容38、晶体管39～44构成的开关电路3中连接有由电阻25～28、47、电容38、晶体管40、41构成的单稳触发电路7，电阻47构成正反馈回路、电阻27和电容38为定时回路；由电阻48～51、晶体管52、53、二极管54构成的比较电路5和由电阻55～57、晶体管58、二极管59构成的比较电路6经二极管4连接半导体开关1(IGBT)集电极，由晶体管20、21、二极管60、电阻61～66构成的延时电路14连接比较电路5和开关电路3，比较电路5的输出经延时电路14连接由电阻67、68、晶体管69构成的延时电路19。输入窄脉宽开通信号并发生短路时，比较电路5在由单稳触发电路7设定期间无输出，延时电路14、19经光耦17输出短路电流信号。
图5的驱动器2中由电阻28、29、晶体管41、42构成的开通电路10、由电阻32～35、晶体管44～46构成的关断电路11和由电阻70～72、晶体管73构成的慢关断电路12构成开关电路3的输出部份，由电阻48～50、晶体管52、53、二极管75构成的比较电路9经二极管4连接半导体开关1(MOS)的漏极，比较电路9经晶体管74连接开通电路10，比较电路9经元件13(电阻30、晶体管43)连接关断电路11。短路电流时，比较电路9经元件13使关断电路11不能接通关断输出，保障开通电路10、慢关断电路12使MOS慢关断，此时输入的关断信号不能破坏慢关断。
图6的驱动器2中由电阻48～51、晶体管52、98、二极管75～77构成的比较电路5和由电阻55～57、78、晶体管58、79、二极管80～82构成的比较电路6经二极管4连接半导体开关1(IGBT)集电极；由电阻83～86、晶体管87、电容88构成的延时电路14经半导体开关15(晶体管89)连接比较电路5和6的输入端，由电阻26～35、70～72、晶体管40～46、二极管91、92构成的开关电路3中的开关电压经二极管90连接延时电路14的输入端；比较电路6的输出经由晶体管87、89、电容88构成的延时关断电路18连接比较电路5的输入端；比较电路5和6的输出分别经电阻94、95连接光耦17，又经晶体管96连接由电阻28、29、晶体管41、42构成的开通电路10；比较电路5的输出通过元件13又是延时电路19(电阻97、晶体管99、43)连接由电阻32～35、晶体管44～46构成的关断电路11；开关电路3中连接有由电阻31、47、电容38、晶体管43、40、二极管92构成的单稳触发电路7，电阻47、电容38为反馈和定时回路。延时电路14在开通信号经光耦93输入开关电路3时延时一段时间后使晶体管89接通比较电路5和6；过电流时，比较电路6经延时关断电路18关断比较电路5，经光耦17以低电流输出过流信号，经晶体管96和开通电路10使由电阻70～72、晶体管73构成的慢关断电路12慢关断IGBT；短路电流时，比较电路5在延时关断电路18的延时期间识别短路电流，经光耦17以高电流输出短路信号，经元件13使关断电路11于输入关断信号时延时关断输出，保障慢关断IGBT和保证短路信号输出有足够脉宽。经H线连接晶体管36可构成零电压开关驱动器。
权利要求1.能保护半导体开关的驱动器2，主要由半导体元件和无源元件构成，其输入与输出端之间连接有开关电路3，驱动器2中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)的比较电路5，其特征是在开关电路3中连接有由正反馈回路、定时回路构成的单稳触发电路7。
2.能保护半导体开关的驱动器2，主要由半导体元件和无源元件构成，其输入与输出端之间连接有开关电路3，驱动器中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)或连接电流检测器8的比较电路9，开关电路3的输出部份由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，比较电路9连接或通过元件连接开通电路10，其特征是比较电路9的输出通过元件13连接关断电路11，比较电路9输出信号通过元件13阻止或延迟关断电路11接通关断输出而不破坏慢关断输出。
3.能保护半导体开关的驱动器2，主要由半导体元件和无源元件构成，其输入与输出端之间连接有开关电路3，驱动器2中包含有通过二极管4或电阻连接半导体开关1的一端(如集电极)的比较电路5和6，其特征是开关电路3中的开关电压连接延时电路14的输入端，延时电路14连接或通过半导体开关15连接比较电路5或5和6，比较电路5和6分别通过监测半导体开关1的通态压降识别不同值过电流、短路电流，延时电路14在开关电路3输出开通信号时延时一段时间后控制或经半导体开关15控制比较电路5或5和6进行监测或输出信号。
4.如权利要求3所述的驱动器2，其特征是比较电路5和6的输出连接同一输出元件16(如光耦17)。
5.如权利要求3所述的驱动器2，其特征是比较电路6的输出通过延时关断电路18连接比较电路5。
6.如权利要求3所述的驱动器2，其特征是比较电路5或6的输出连接延时电路19。
7.如权利要求2、3、4、5、6所述的驱动器2，其特征是开关电路3中连接有单稳触发电路7。
8.如权利要求1、3、4、5、6所述的驱动器2，其特征是开关电路3的输出部份由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，比较电路5或6连接或通过元件连接开通电路10，比较电路5或6的输出通过元件13连接关断电路11。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6所述的驱动器2，其特征是驱动器2中的延时电路由电阻和半导体元件(如晶体管20、21或69)构成。
专利摘要能保护半导体开关(IGBT、MOS、CTR、MCT、SIT、GTO)的驱动器，由比较电路5、6、单稳触发电路7、开通电路10、关断电路11、慢关断电路12、延时电路14、延时关断电路18等半导体电路构成。其成本低，不用电流传感器，能在各种条件下准确识别不同值过电流、短路电流，且能可靠抑制关断反压，经同一光耦输出过流和短路信号，以实现各种不同方式保护，充分利用及可靠保护半导体开关。
文档编号H02H3/08GK2119723SQ92201189
公开日1992年10月21日 申请日期1992年1月20日 优先权日1992年1月20日
发明者陈为匡 申请人:陈为匡