专利名称：全桥拓扑模块的过流保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及紧急保护电路装置，特别是涉及一种全桥拓扑模块的过流保护电路。
背景技术：
在开关电源中，如激光器开关电源中，大多数情况下采用全桥拓扑来实现电能逆变，而由4个IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)集成在一起的全桥IGBT模块作为激光器开关电源中的逆变电路的主要器件，通过对全桥IGBT模块不断地进行高频率的开通和关断来实现直流电到交流电的转变。尤其是在工业大功率气体激光器电源应用场合中，气体放电管作为激光器电源的输出负载，当气体放电管中出现放电拉丝回火或其他短路故障发生时，激光器电源输出电流将会很大，导致流过IGBT的电流过大而损坏IGBT。
实用新型内容基于此，有必要提供一种可对全桥IGBT模块进行过流保护的全桥拓扑模块的过流保护电路。一种全桥拓扑模块的过流保护电路，包括输出驱动信号控制全桥拓扑模块通断的脉冲调制芯片和接收过流信号的保护模块，所述保护模块连接所述脉冲调制芯片的控制端，所述保护模块的电源接入端接入外部电源；所述保护模块在未接收到所述过流信号时利用所述外部电源为所述脉冲调制芯片的控制端提供启动电压，在接收到所述过流信号后使所述脉冲调制芯片的控制端 电位被拉低，进而关断所述脉冲调制芯片输出的所述驱动信号。在其中一个实施例中，所述过流保护电路包括报警模块，所述报警模块的采样端与全桥拓扑模块的输入端连接，采集输入所述全桥拓扑模块的直流电，所述报警模块的输出端与所述保护模块连接；所述报警模块的输出端在所述直流电大于或等于预设的过流阈值时输出所述过流信号。在其中一个实施例中，所述保护模块包括第一分压电阻、第二分压电阻、稳压管和
开关管，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联且公共端与所述脉冲调制芯片的控制端连接，所述第一分压电阻另一端为所述保护模块的电源接入端，所述第二分压电阻另一端接地；所述稳压管的负极接收所述过流信号，正极与所述开关管的控制端连接；所述开关管的输入端与所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接，输出端接地。在其中一个实施例中，所述开关管是型号为2N7000的N沟道场效应管。在其中一个实施例中，所述稳压管的稳压值为3.6V。在其中一个实施例中，所述保护模块包括放电电阻，所述放电电阻一端连接所述开关管的控制端，另一端接地。[0013]在其中一个实施例中，所述保护模块包括滤波电容，所述滤波电容一端连接所述开关管的控制端，另一端接地。在其中一个实施例中，所述脉冲调制芯片为UCC3895芯片，所述全桥拓扑模块包括4个绝缘栅双极型晶体管且每个所述绝缘栅双极型晶体管的控制端与UCC3895芯片的一输出端连接。上述全桥拓扑模块的过流保护电路，保护模块在未接收到过流信号时利用外部电源为脉冲调制芯片的控制端提供软启动电压，脉冲调制芯片正常工作；保护模块在接收到过流信号后使脉冲调制芯片的控制端电位被拉低，进而关断脉冲调制芯片输出的驱动信号，从而快速、可靠地关断全桥IGBT模块。对全桥IGBT模块进行过流保护，当开关电源发生故障时避免了全桥IGBT模块被过电流损坏。
图1为一实施例中全桥拓扑模块的过流保护电路的结构图；图2为另一实施例中全桥拓扑模块的过流保护电路的结构图；图3为一实施例中报警模块的电路原理图；图4为一实施例中保护模块的电路原理图。
具体实施方式
在现在的工业大功率气体激光器开关电源实际应用场合中，当激光器电源出现故障时，普遍采用切断激光器电源输入的方法。而这种方法只是象征性地对电源进行保护，而没有针对性的在激光器电源故障期间及时可靠地去切断全桥IGBT模块两端的过电压或者流过全桥IGBT模块中的 过电流，对全桥IGBT模块进行及时可靠有效的保护，最终照样导致全桥IGBT模块被损坏。在大功率激光器电源中，有很多大容量的储能器件，这些大容量的储能器件在大功率激光器电源输入电压切断后还会在一定时间内继续对全桥IGBT模块放电。如果没有对全桥IGBT模块提供保护，释放的电量最终损坏全桥IGBT模块的可能性也会很大。针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种全桥拓扑模块的过流保护电路，如图1所示，过流保护电路100包括输出驱动信号、控制全桥拓扑模块200通断的脉冲调制芯片U1，和接收过流信号的保护模块120。其中，脉冲调制芯片Ul可以采用UCC3895芯片，全桥拓扑模块200为集成4个IGBT的全桥IGBT模块，且每个IGBT的控制端(即门极)与UCC3895芯片的一输出端连接。通过对UCC3895芯片进行外部电子元器件搭配，使UCC3895芯片产生4路占空比可调的PWM (Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号，即上述驱动信号，用来控制IGBT的导通和关断。全桥IGBT模块中各IGBT不断地导通和关断实现直流电到交流电的转变。保护模块120连接脉冲调制芯片Ul的控制端，保护模块120的电源接入端接入外部电源；保护模块120在未接收到过流信号时利用外部电源为脉冲调制芯片Ul的控制端提供软启动电压，在接收到过流信号后使脉冲调制芯片Ul的控制端电位被拉低，进而关断脉冲调制芯片Ul输出的驱动信号。上述全桥拓扑模块的过流保护电路100，保护模块120在未接收到过流信号时利用外部电源为脉冲调制芯片Ul的控制端提供软启动电压，脉冲调制芯片Ul正常工作；保护模块120在接收到过流信号后使脉冲调制芯片Ul的控制端电位被拉低，进而关断脉冲调制芯片Ul输出的驱动信号，从而快速、可靠地关断全桥拓扑模块200。对全桥拓扑模块200进行过流保护，当开关电源发生故障时避免了全桥拓扑模块200被过电流损坏。在其中一个实施例中，如图2所示，过流保护电路100可包括报警模块140，图3为报警模块140的原理图。报警模块140的采样端与全桥拓扑模块200的输入端连接，用于采集输入全桥拓扑模块200的直流电，报警模块140的输出端与保护模块120连接；报警模块140判断采集到的直流电是否大于或等于预设的过流阈值，当直流电大于或等于过流阈值时由报警模块140的输出端输出过流信号至保护模块120。过流阈值并不是唯一的，可根据实际情况进行调整。本实施例中，报警模块140输出的过流信号为大于IOV的直流电压信号。可以理解，在某些实施例中过流保护电路100也可以不包括报警模块140，由过流保护电路100的外部电路检测输入全桥拓扑模块200的直流电是否过流，并在直流电过流时发送过流信号至保护模块120。具体地，如图4所示，保护模块120包括第一分压电阻R3、第二分压电阻R2、稳压管Zl和开关管Ql。脉冲调制芯片Ul的输出端OUTA、OUTB, OUTC和OUTD各连接全桥拓扑模块200的一控制端。第一分压电阻R3和第二分压电阻R2串联，且第一分压电阻R3和第二分压电阻R2的公共端与脉冲调 制芯片Ul的控制端SS/DISB连接，第一分压电阻R3另一端为保护模块120的电源接入端，第二分压电阻R2另一端接地。稳压管Zl的负极用于接收过流信号，正极与开关管Ql的控制端连接；开关管Ql的输入端与第一分压电阻R3和第二分压电阻R2的公共端连接，开关管Ql的输出端接地。本实施例中电源接入端接入的外部电源为12V，开关管Ql选用型号为2N7000的N沟道场效应管，稳压管Zl的稳压值为3.6V。可以理解，接入的外部电源电压并不唯一，开关管Ql也可采用三极管或其他型号的N沟道场效应管，比如用NPN型的三极管代替型号为2N7000的N沟道场效应管，稳压管Zl的稳压值可根据开关管Ql的驱动电压来选择。PWM脉冲调制信号集成芯片UCC3895有4个引脚(分别为13、14、17、18脚)为芯片内4个互补MOS驱动器输出端，分别将这4个互补MOS驱动器输出端连接到全桥IGBT模块中的4个IGBT的门极。通过对PWM脉冲信号调制集成芯片UCC3895的外部电子器件的搭配，使UCC3895芯片产生4路占空比可调的PWM脉冲调制信号去驱动IGBT的导通和关断。同时PWM脉冲调制信号集成芯片UCC3895有一个SS/DISB引脚，当该引脚的电压低于0.5V时，集成芯片UCC3895将会被快速的关断，最终使集成芯片UCC3895的4个互补MOS驱动器输出端输出为零。当稳压管Zl的负极接收到过流信号后，稳压管Zl的正极输出一个驱动电压至开关管Ql的控制端，使开关管Ql导通，本实施例中驱动电压为3V的直流电压。开关管Ql导通后将第二分压电阻R2短路，使脉冲调制芯片Ul的控制端SS/DISB的电压变为0V，进而关断脉冲调制芯片Ul输出的驱动信号，从而快速、可靠地关断全桥IGBT模块，使全桥IGBT模块得到快速有效的过流保护。当稳压管Zl的负极未接收到过流信号时，开关管Ql处于截止状态。电源接入端接入的外部电源经过第一分压电阻R3和第二分压电阻R2串联分压，第二分压电阻R2两端的电压为脉冲调制芯片Ul的控制端SS/DISB提供软启动电压，使脉冲调制芯片Ul正常工作。继续参照图4，保护模块120可包括放电电阻R1，放电电阻Rl —端连接开关管Ql的控制端，另一端接地。放电电阻Rl用于释放开关管Ql控制端的感应电荷，以保护开关管Ql不被击穿。保护模块120还可以包括用于对稳压管Zl正极输出的驱动信号进行滤波的滤波电容Cl，滤波电容Cl 一端连接开关管Ql的控制端，另一端接地。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此 ，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，包括输出驱动信号控制全桥拓扑模块通断的脉冲调制芯片和接收过流信号的保护模块， 所述保护模块连接所述脉冲调制芯片的控制端，所述保护模块的电源接入端接入外部电源；所述保护模块在未接收到所述过流信号时利用所述外部电源为所述脉冲调制芯片的控制端提供启动电压，在接收到所述过流信号后使所述脉冲调制芯片的控制端电位被拉低，进而关断所述脉冲调制芯片输出的所述驱动信号。
2.根据权利要求1所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路包括报警模块， 所述报警模块的采样端与所述全桥拓扑模块的输入端连接，采集输入所述全桥拓扑模块的直流电，所述报警模块的输出端与所述保护模块连接；所述报警模块的输出端在所述直流电大于或等 于预设的过流阈值时输出所述过流信号。
3.根据权利要求1所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述保护模块包括第一分压电阻、第二分压电阻、稳压管和开关管， 所述第一分压电阻和第二分压电阻串联且公共端与所述脉冲调制芯片的控制端连接，所述第一分压电阻另一端为所述保护模块的电源接入端，所述第二分压电阻另一端接地；所述稳压管的负极接收所述过流信号，正极与所述开关管的控制端连接；所述开关管的输入端与所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端连接，输出端接地。
4.根据权利要求3所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述开关管是型号为2N7000的N沟道场效应管。
5.根据权利要求4所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述稳压管的稳压值为3.6V。
6.根据权利要求3所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述保护模块包括放电电阻，所述放电电阻一端连接所述开关管的控制端，另一端接地。
7.根据权利要求3所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述保护模块包括滤波电容，所述滤波电容一端连接所述开关管的控制端，另一端接地。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的全桥拓扑模块的过流保护电路，其特征在于，所述脉冲调制芯片为UCC3895芯片，所述全桥拓扑模块包括4个绝缘栅双极型晶体管且每个所述绝缘栅双极型晶体管的控制端与UCC3895芯片的一输出端连接。
专利摘要一种全桥拓扑模块的过流保护电路，包括输出驱动信号控制全桥拓扑模块通断的脉冲调制芯片和接收过流信号的保护模块。保护模块在未接收到过流信号时利用外部电源为脉冲调制芯片的控制端提供软启动电压，脉冲调制芯片正常工作；保护模块在接收到过流信号后使脉冲调制芯片的控制端电位被拉低，进而关断脉冲调制芯片输出的驱动信号，从而快速、可靠地关断全桥IGBT模块。对全桥IGBT模块进行过流保护，当开关电源发生故障时避免了全桥IGBT模块被过电流损坏。
文档编号H02H7/12GK203135411SQ20132006320
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者谭春升, 张选择, 梁晓华, 陈根余, 陈燚, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司