专利名称：具有检测功能的功率器件驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有检测功能的功率器件驱动电路，更具体的说，尤其涉及一种 可有效地检测出器件的过流、异常导通和截止的功率器件驱动电路。
背景技术：
随着电力电子技术的发展与成熟，大功率的电力电子器件，例如IGBT，IGCT，IEGT， Mosfet等也越来越多的应用到工业产品中。
目前的电力电子器件技术与制造工艺已经达到了很高的水平，但是电力电子器件 得到可靠应用的有效保证就完全依赖于驱动电路和保护电路设计。目前通用的保护电路为 采集Vcesat (导通压降)电压实现对电力电子器件电流的检测，实现过电流保护，但其对于 驱动信号为低电平、但功率器件异常导通的状态不能有效检测。发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可有效地检测出器件的过流、 异常导通和截止的具有检测功能的功率器件驱动电路。
本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，包括过流检测电路和驱动信号反馈 电路；所述过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管Tl和光电耦合器IC2，Zl的阴 极、阳极分别与Dl的阳极、Tl的基极相连接，Tl的集电极经电阻R4与IC2的初级发光二极 管相连接，IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC ；D1的阴极与 功率器件VTl相连接，驱动信号Ga经电阻R1、R2分别与功率器件VTl的控制端、Dl的阳极 相连接；所述驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T3和光电耦合器IC3，D2 的阴极与Dl的阴极相连接；Z2的阳极、阴极分别与T2的基极、D2的阳极相连接，T2的集电 极经电阻R8与IC3的初级发光二极管相连接，IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信 号反馈电路的输出信号FS ;所述Z2的阴极经电阻R6与驱动侧电源正极相连接。
本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，所述光电耦合器IC2和IC3的初级 发光二极管的阳极均接于驱动侧电源正极上，次级光敏三极管的发射极均接于信号侧电源 地上，次级光敏三极管的集电极分别经电阻R5、R9分别接于信号侧电源正极上；三极管Tl 和T2的发射极均接于驱动侧电源地上，基极分别经电阻R3、R7接于驱动侧电源地上；信号 侧电源正极、驱动侧电源正极分别为+5V、+15V。
本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，包括具有隔离作用的驱动信号转化 电路ICl和可编程逻辑电路IC4，驱动信号转化电路ICl用于将O +5V的原始驱动信号 Gs转化为-10 +15V的驱动信号Ga ;过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈电路的 输出信号FS均与可编程逻辑电路IC4的输入端相连接，可编程逻辑电路IC4的输出端产生 原始驱动信号Gs ;所述可编程逻辑电路IC4连接有主控设备或上位PC机。
本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，设Vscmax为功率器件VTl导通压降 的最大值，所述稳压管Zl和Z2的方向击穿电源均等于Vscmax。
本发明的有益效果是(I)本发明的电路可用于IGBT或Mosfet等高速开关动作的电力电子功率器件的驱 动，是一种IGBT或Mosfet等功率器件的驱动异常检测电路，主要特点是能够根据驱动发出 的信号实时反馈IGBT或其他功率开关管的实际执行动作是否和驱动信号一致，同时检测 IGBT或其他功率开关管的导通压降Vcesat的数值，判断功率开关管是否出现短路过流而 给予及时的保护，防止功率开关管的由于误导通或误关断等造成的损坏。
(2)本发明提出的电路具有器件成本低，电路简单可靠，抗干扰能力强，具有较强 的适应性和推广性，可作为目前大功率电力电子器件驱动的优选电路。
(3)可以通过改变Zl的选型，来自由调节对功率器件的保护界限，有效的保证了 电路的实用性与适应性。
(4)通过时时检测电力电子开关器件的动作状态是否与驱动信号一致，能够有效 检查出由于工艺或环境因素导致的接触不良、误驱动、干扰等原因产生的驱动异常现象。
图1为本发明的驱动电路的电路图。
图中1驱动信号转化电路ICl，2可编程逻辑电路IC4。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路的电路图，其分 为过流检测电路和驱动信号反馈电路两部分。本发明的驱动电路有两套隔离电源，分别为 信号侧电源和驱动侧电源，信号侧电源为Vcc_+5V、GND ;信号侧电源为VCC_+15V、VCC_-10V 和 Vcc_0V。
过流检测电路由二极管D1、稳压管Z1、三极管Tl、光电耦合器IC2以及电阻R2、 R3、R4和R5组成；所示的稳压管Zl的阳极、阴极分别于Tl的基极、Dl的阳极相连接，Zl的 阴极经R2后与驱动信号Ga相连接；D1的阴极(C点)与功率器件VTl相连接，例如接于功 率器件IGBT的集电极上，对于可控整流和逆变电路来说，C点与直流母线或输出端相连接。 Tl的发射极、Tl的基极经电阻R3均接于Vcc_0V上，Tl的集电极经电阻R4后接于光电耦 合器IC2的初级发光二极管上；IC2次级光敏三极管的集电极经电阻R5接于Vcc_+15V上， 发射极接于GND上，IC2次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC。驱动 信号转化电路ICll用于将O 5V的原始驱动信号Gs转化为-10 +15V的驱动信号Ga， 并具有光电隔离的作用。
驱动信号反馈电路有二极管D2、稳压管Z2、三极管T2、光电耦合器IC3以及电阻 R6、R7、R8和R9组成，所示的稳压管Z2的阳极、阴极分别与T2的基极、D2的阳极相连接， Z2的阴极经上拉电阻R6接于Vcc_+15V上，D2的阴极与Dl的阴极相连接。T2的发射极、 T2的基极经R7后接于Vcc_0V上，T2的集电极经R8接于IC3的初级发光二极管上；IC3次 级光敏三极管的集电极经R9基于Vcc_+5V上，发射极接于GND上，IC3次级光敏三极管的 集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS。过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈 电路的输出信号FS均与可编程逻辑电路IC42的输入端相连接，可编程逻辑电路IC42的输出端产生原始驱动信号Gs ;可编程逻辑电路IC42可实现对信号SC、FS和Gs运算和处理， 对功率器件的运行状态做出判断，并可将信息上传至主控设备或上位PC机上；当出现过流或驱动异常时，其可将Gs信号封锁。设Vscmax为功率器件VTl导通压降的最大值，所述稳压管Zl和Z2的反向击穿电压均应选为Vscmax。
在驱动信号Ga为高电平时(I)如果VTl在Rl的限流下(IGBT或Mosfet等开关管)正常导通。对于过流检测电路来说，信号Ga会通过R2，Dl、VT1产生一个通路电流，此时A点对Vcc_0V的电位为Dl的导通压降(Vdl)与VTl的导通压降(Vcesat)之和，A点电位记为Vsc,则Vsc = Vdl + Vcesat0 此时的A点电压会低于Zl的反向击穿电压,Zl、T1均处于截止状态,输出信号SC保持高电平不便。对于驱动信号反馈电路来说，B点的电压也等于Dl的导通压降(Vdl)与VTl的导通压降(Vcesat)之和，为Vdl + Vcesat0此时的B点电压会低于Z2的反向击穿电压，Z2、 T2均处于截止状态，输出信号FS为高电平。
(2)如果VTl未能正常导通(例如驱动信号线未能可靠连接)，而是处于截止状态； 此时C点的点位为正常的母线电压，DU D2均处于截止状态，B点的电压被电阻R6上拉至 Vcc_+15V，A点的电压等于驱动信号Ga的高电平电压Vcc_+15V，此时Z1、T1和Z2、T2均会处于导通状态，输出信号FS、SC均为低电平信号。
(3)如果VTl在Rl的限流下正常导通，VTl导通后出现大于设计的电流限值，此时 Vcesat会变大，当A点和B点电位出现大于Vscmax时，此时Ζ1、Τ1和Ζ2、Τ2均会处于导通状态，输出信号FS、SC均为低电平信号。此时可检测出VTl出现过流异常现象。
当驱动信号Ga为低电平时(I)如果VTl按正常情况处于截止状态，则C点电位为正常的母线电压；D1和D2均处于截止状态，A点为驱动信号Ga的低电平信号，Z1、Tl处于截止状态,输出信号SC为高电平。B点被电阻R6上拉至Vcc_+15V，Z2、T2处于导通状态，输出信号FS为低电平。
(2)如果VTl没有按正常情况处于截止状态，而是处于导通状态(例如由于外部干扰或VTl本身原因使得VTl异常开通)，A点、B点的电位均为Vdl + Vcesat，此时Z1、T1 和Z2、T2均会处于截止状态，输出信号FS、SC均为高电平。
如表一所不,给出了输入信号Ga、输出信号SC和FS的不同逻辑状态,所对应的 VTl状态。
表一
权利要求
1.一种具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于包括过流检测电路和驱动信号反馈电路；所述过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管Tl和光电耦合器IC2，Z1的阴极、 阳极分别与Dl的阳极、Tl的基极相连接，Tl的集电极经电阻R4与IC2的初级发光二极管相连接，IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC ；D1的阴极与功率器件VTl相连接，驱动信号Ga经电阻R1、R2分别与功率器件VTl的控制端、Dl的阳极相连接；所述驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T3和光电耦合器IC3，D2的阴极与Dl的阴极相连接；Z2的阳极、阴极分别与T2的基极、D2的阳极相连接，T2的集电极经电阻R8与IC3的初级发光二极管相连接，IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS ;所述Z2的阴极经电阻R6与驱动侧电源正极相连接。
2.根据权利要求1所述的具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于所述光电耦合器IC2和IC3的初级发光二极管的阳极均接于驱动侧电源正极上，次级光敏三极管的发射极均接于信号侧电源地上，次级光敏三极管的集电极分别经电阻R5、R9分别接于信号侧电源正极上；三极管Tl和T2的发射极均接于驱动侧电源地上，基极分别经电阻R3、R7接于驱动侧电源地上；信号侧电源正极、驱动侧电源正极分别为+5V、+15V。
3.根据权利要求1或2所述的具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于包括具有隔离作用的驱动信号转化电路ICl (I)和可编程逻辑电路IC4 (2)，驱动信号转化电路ICl用于将O +5V的原始驱动信号Gs转化为-10 +15V的驱动信号Ga ;过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈电路的输出信号FS均与可编程逻辑电路IC4的输入端相连接，可编程逻辑电路IC4的输出端产生原始驱动信号Gs ;所述可编程逻辑电路IC4连接有主控设备或上位PC机。
4.根据权利要求1或2所述的具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于设 Vscmax为功率器件VTl导通压降的最大值，所述稳压管Zl和Z2的反向击穿电压均应选为 Vscmax0
全文摘要
本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管T1和光电耦合器IC2，Z1的阴极、阳极分别与D1的阳极、T1的基极相连接，IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC；驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T3和光电耦合器IC3，IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS。本发明的电路能够判断功率器件是否出现过流、异常导通或截止，并给予及时保护，防止了功率器件由于误导通或误关断造成的损坏。具有成本低、电路简单可靠、抗干扰能力强的特点，具有较强的适应性和推广性，可作为目前大功率电力电子器件驱动的优选电路。
文档编号H03K17/567GK103066974SQ201310038099
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者张长元, 胡顺全, 魏学森, 郭少明, 郭延冲, 石广保 申请人:山东新风光电子科技发展有限公司