IGBT的无源保护电路的制作方法

技术领域

本发明涉及一种igbt的无源保护电路，属于应用电源领域。

背景技术：

igbt是绝缘栅双极型晶体管isolatedgatebipolartransistor的缩写，是一种常用的功率元件，它是由双极型三极管bjt和绝缘栅型场效应管mosfet复合而成的电压控制型半导体器件，具有输入阻抗高、导通电压降很小的特点，因此，常用作大电流工作的场合，如电机驱动、开关电流、变频器等。

这种复合器件有三个极：栅极g、发射极e、集电极c，只要提供一个合适的栅极-发射极电压，即vge，发射极e与集电极c导通，电流经过两个极时产生一个电压降vce，因生产材料和工艺的不同，每种igbt的vce都不相同，vce不是一个固定的数，而是随着流经发射极e与集电极c的电流变化，电流越大，vce越大，当超过igbt承受的最大值时，igbt发热严重，甚至损坏。

因此，大功率igbt通常需要过流保护，大多数情况下，过流保护电路都附加于igbt的驱动放大电路或模块中，用户通常不明白其工作原理，只能机械地使用，缺乏灵活性，更为严重的是，一旦igbt损坏，通常驱动电路一并损坏，这就是说，保护电路自身不保，又如何保护igbt。

技术实现要素：

本发明提供一种利用igbt驱动电路的信号作为能源，不增加外部辅助电源，将占空比较大的pwm切割成占空比较小的方波信号，以防止igbt长时间工作于大电流饱和状态，在不停机的前提下减小igbt的工作电流，保证持续工作状态下的igbt安全的igbt的无源保护电路。

igbt的无源保护电路，用驱动电路的驱动信号作为电源，包括有参考电压电路、vce采样电路、保护电路，参考电压电路包括一个电阻、一个稳压管、一个三极管的be结，电气连接为：驱动信号正极---电阻---稳压管正极---稳压管负极---三极管的be结-驱动信号地，vce采样电路包括一个二极管和另一个稳压管，电气连接为：igbt的c极---二极管正极---二极管负极---稳压管的负极---稳压管的正极---参考电压电路中的稳压管的正极，保护电路包括一个电阻和一个n型三极管，电阻是三极管的esd保护回路。

保护电路的另一种形式是由包括一个电阻、一个n型三极管、一个光电耦合器，电阻是三极管的esd保护回路，光电耦合器是一个隔离反馈元件。

本发明igbt的无源保护电路，适用于任何igbt驱动电路的外加保护，利用驱动电路的信号作为能源，不增加外部辅助电源，将占空比较大的pwm切割成占空比较小的方波信号，以防止igbt长时间工作于大电流饱和状态，在不停机的前提下减小igbt的工作电流，保证了持续工作状态下的igbt的安全。

附图说明

图1是基本的igbt的无源保护电路图，图中电阻r2、稳压管dw2、三极管q的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q、电阻r4组成开关保护电路。

图2是用光电耦合器作为反馈的igbt的无源保护电路图，图中，电阻r2、稳压管dw2、三极管q的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4、光电耦合器op1组成开关反馈保护电路。

图3是基本的igbt的无源保护电路与igbt的连接原理图，图中p1表示输入pwm信号，r1表示栅极输入电阻，电阻r2、稳压管dw2、三极管q1的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4组成开关保护电路。

图4是用光电耦合器作为反馈的igbt的无源保护电路与igbt的连接原理图，图中p1表示输入pwm信号，r1表示栅极输入电阻，电阻r2、稳压管dw2、三极管q1的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4、光电耦合器op1组成开关反馈保护电路。

图5是用光电耦合器作为反馈的igbt的无源保护电路与igbt及其驱动器amp的连接原理图，图中p1表示输入pwm信号，op2为信号输入隔离光电耦合器，amp为驱动器，r1表示栅极输入电阻，电阻r2、稳压管dw2、三极管q1的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4、光电耦合器op1组成开关反馈保护电路。

图6a、图6b是按图5原理连接的igbt的无源保护电路产生的实际效果图，图6a为正常的pwm波形，图6b为保护状态下的pwm波形。

具体实施方式

以下结合实例对上述igbt的无源保护电路作进一步说明：

本发明的igbt的无源保护电路，实施时主要有三种连接方法，一是将保护电路接在igbt的栅极与发射极之间，二是将开关反馈保护电路接在igbt驱动电路的输入光电耦合器前，三是将开关反馈保护电路与系统cpu或相关保护控制电路相连，以下分别举例说明：

实施例一

附图1中，电阻r2、稳压管dw2、三极管q1的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4组成开关保护电路。

这个电路与igbt的连接原理如附图3，p1是igbt的驱动信号，通常在10-18v之间，它在保护电路中被当作电源使用，电流的流向有两路：一路是从电阻r2---dw1---d1---igbt的ce结，另一路是从电阻r2---dw2---三极管q1的be结，这两路不会同时导通，同一时间只有一路导通，当igbt正常工作时，即igbt的ce结上的压降vce没有达到它本身固有的饱和电压时，它们的电压关系为：

vdw1+vd1+vce＜vdw2+vbe

电流将从电阻r2---dw1---d1---igbt的ce结流过，另一路内没有电流，因此，三极管q1处于截止状态，即保护电路不起作用；当流过igbt的电流过大，在igbt的ce结上的压降vce达到或超过它本身固有的饱和电压时，它们的电压关系为：

vdw1+vd1+vce＝vdw2+vbe

或

vdw1+vd1+vce＞vdw2+vbe

电流不再经过igbt的ce结，而是从电阻r2---dw2---三极管q1的be结，使三极管q1导通，将igbt的栅极与发射极短路，igbt被迫截止，流经igbt的电流中断，这样便保护了igbt。

这种保护电路是借用了驱动信号作为电源，通过采样电压与参考电压的对比，保护电路对驱动信号作一个自我关断，以防止igbt长时间过流、发热和损坏。

实施例二

附图2是用光电耦合器作为反馈的igbt的无源保护电路图，图中，电阻r2、稳压管dw2、三极管q1的基极b和发射极e组成参考电压电路，二极管d1、稳压管dw1组成igbt的vce采样电路，三极管q1、电阻r4、光电耦合器op1组成开关反馈保护电路，其工作原理与附图1基本相同，不同的是保护输出增加了一个光电耦合器，它是用来隔离igbt的高压的，当igbt饱和时，vce达到或超过它本身固有的饱和电压，q1导通，光电耦合器中的发光管点亮，隔离的光敏管导通，即输出端m、n导通。

这个电路的应用如附图5所示，系统的pwm信号流经r5，通过光电耦合器op2隔离后，实现了信号电源与igbt工作电源的完全隔离。当igbt饱和时，光电耦合器op1导通，op1的m、n两端导通，将pwm信号全部短路到地，驱动电路因为没有pwm信号，其输出为低电平，igbt补强制判断，实现被动保护。

实施例三

附图4，保护电路通过光电耦合器op1的输出端，将保护信号反馈到不同的低压控制电路，如信号源、信号输入电路或mcu管理电路等。

附图6a、图6b是igbt栅极的pwm信号对比图，附图6a为正常的pwm波形，表明igbt工作于未饱和状态，即正常状态，附图6b为保护状态下的pwm波形，即饱和状态下的pwm波形，这个波形被切割成了三个占空比很小的方波，igbt的工作时间减少，这样流经igbt的电流被钳制于饱和电流以下，保护了igbt，同时又处于工作状态，即不停机状态。