一种过流保护电路的制作方法

[0001]
本发明实施例涉及功率器件保护技术领域，尤其涉及一种过流保护电路。


背景技术：

[0002]
在igbt/mos管驱动时，其驱动要求有隔离作用，通常会采用驱动芯片来驱动，例如使用1ed020i12fa2驱动芯片来做驱动igbt/mos管。然而，在驱动igbt/mos管时，通常会发生因过流而导致器件损坏的问题，因此，对驱动电路的过流保护显得尤为重要。
[0003]
现有技术中，通常采用退饱和检测法来实现驱动电路的过流保护，主要原理为：以1ed020i12fa2驱动芯片为例，利用该驱动芯片的desat脚来检测igbt/mos管的集电极和发射极的压降来保护igbt/mos管，避免igbt/mos管由于电流过大损坏。然而，这种方式存在一些缺点：在驱动芯片desat脚检测到集电极与发射极之间的电压快速上升时，驱动管的电流一般会达到标称电流的4倍左右，此时关断驱动管会在集电极和发射极两端引起较大的关断尖峰，由此需要额外增加电路来抑制电压尖峰，同时驱动管的损耗也较大，会影响驱动管的使用寿命，甚至会直接导致驱动管损坏。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供一种过流保护电路，以实现在驱动管到达较大电流前关断驱动管，避免驱动管由于电流过大而损坏。
[0005]
本发明实施例提供了一种过流保护电路，该过流保护电路包括：驱动模块、第一晶体管、充放电模块、开关模块和采样控制模块；其中，所述驱动模块的第一输出端与所述第一晶体管的第一端电连接，所述第一晶体管的第二端接电源端，所述第一晶体管的第三端通过所述采样控制模块接地；所述驱动模块的第二输出端分别与所述充放电模块和所述开关模块电连接，所述开关模块还与所述采样控制模块电连接；
[0006]
所述采样控制模块用于采样所述第一晶体管第三端的电压，在所述第一晶体管第三端的电压达到第一预设电压时控制所述开关模块断开所述充放电模块的放电路径，以使所述驱动模块向所述充放电模块充电；
[0007]
所述驱动模块用于在所述充放电模块的电压达到第二预设电压时，通过所述第一输出端向所述第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使所述第一晶体管关断。
[0008]
本发明提供一种过流保护电路，该过流保护电路通过在驱动模块和第一晶体管之间设置开关模块和采样控制模块，当采样控制模块采样到第一晶体管第三端的电压达到第一预设电压时控制开关模块断开充放电模块的放电路径，以使驱动模块向充放电模块充电，并且驱动模块在充放电模块的电压达到第二预设电压时，通过其第一输出端向第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使第一晶体管关断。其中，第一预设电压为比过流保护电压低预设阈值的电压，其中过流保护电压为流过第一晶体管的电流等于过流保护点时第一晶体管第三端的电压，预设阈值为一个范围值，当采样控制模块采样到第一晶体管第三端的电压达到第一预设电压时控制开关模块断开充放电模块的放电路径，使得驱动模块输
出的电流无法通过开关模块，而输出到充放电模块，使充放电模块充电；并且在充放电模块的电压达到第二预设电压时，驱动模块向第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使第一晶体管关断，通过合理设置第一预设电压和第二预设电压的大小，进而在流过第一晶体管的电流和第一晶体管的过流保护点有一定差距时，即将第一晶体管关断，从而可以保护第一晶体管，避免流过第一晶体管的电流过大而受损。
附图说明
[0009]
图1是本发明实施例一中的一种过流保护电路结构示意图；
[0010]
图2是本发明实施例二中的一种过流保护电路的电路原理图。
具体实施方式
[0011]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0012]
实施例一
[0013]
图1为本发明实施例一中提供的一种过流保护电路结构示意图，参考图1，该过流保护电路包括驱动模块100、第一晶体管m1、充放电模块200、开关模块300和采样控制模块400；其中，驱动模块100的第一输出端a1与第一晶体管m1的第一端b1电连接，第一晶体管m1的第二端b2接电源端v0，第一晶体管m1的第三端b3通过采样控制模块400接地；驱动模块100的第二输出端a2分别与充放电模块200和开关模块300电连接，开关模块300还与采样控制模块400电连接；
[0014]
采样控制模块400用于采样第一晶体管m1第三端b3的电压，在第一晶体管m1第三端b3的电压达到第一预设电压时控制开关模块400断开充放电模块200的放电路径，以使驱动模块100向充放电模块200充电；
[0015]
驱动模块100用于在充放电模块200的电压达到第二预设电压时，通过第一输出端a1向第一晶体管m1的第一端b1输出关断控制信号，以使第一晶体管m1关断。
[0016]
其中，驱动模块100为驱动芯片，例如1ed020i12fa2型驱动芯片，驱动模块100的第二输出端a2可对应为1ed020i12fa2型驱动芯片的desat脚。第一晶体管m1为驱动晶体管，由驱动模块驱动。
[0017]
通过采样控制模块采样第一晶体管m1第三端的电压可以检测第一晶体管的电流，第一预设电压为比过流保护电压低预设阈值的电压，其中过流保护电压为流过第一晶体管m1的电流等于过流保护点时第一晶体管第三端的电压，预设阈值为一个范围值，第一预设电压也为一个范围值，其中可根据实际的需求进行设定。第二预设电压为驱动模块100所设定的充电阈值电压，当充放电模块200的充电电压达到第二预设电压时，驱动模块100会控制关断第一晶体管m1，以保护第一晶体管m1。可选地，根据第一晶体管或驱动管的过流保护点的需求，合理设置第一预设电压和第二预设电压参数，实现在远小于过流保护点的电流下保护第一晶体管。
[0018]
在本实施例的技术方案中，该过流保护电路的实现过程为：参考图1，驱动模块100通过第一输出端a1向第一晶体管m1的第一端b1输入驱动电压以驱动第一晶体管m1，开关模
块300默认处于开启状态，驱动模块100的内部电流源输出的电流经过第二输出端a2输出到开关模块300，充放电模块200的放电电流也输出到开关模块300，采样控制模块400实时采样第一晶体管m1第三端b3的电压，当采样到第一晶体管m1第三端b3的电压达到第一预设电压时，采样控制模块400控制开关模块300断开，从而断开充放电模块200的放电路径，使得驱动模块100内部电流源输出的电流无法输入到开关模块而输入到充放电模块200，充放电模块200进行充电，并且在充放电模块的电压达到第二预设电压时，驱动模块向第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使第一晶体管关断，通过合理设置第一预设电压和第二预设电压的大小，进而在流过第一晶体管的电流和第一晶体管的过流保护点有一定差距时，即将第一晶体管关断，从而可以保护第一晶体管，可以避免第一晶体管m1出现过流问题。当充放电模块200的电压达到第二预设电压时，驱动模块100通过第一输出端a1向第一晶体管m1的第一端b1输出关断控制信号，以关断第一晶体管m1，从而可以保护第一晶体管，避免其因电压或电流过大而受损。此外，可以根据第一晶体管的过流保护点的实际需求，通过合理设置第一预设电压、第二预设电压参数，以实现在远小于过流保护点的电流下保护第一晶体管。
[0019]
本实施例的技术方案，通过提供一种过流保护电路，该过流保护电路通过在驱动模块和第一晶体管之间设置开关模块和采样控制模块，当采样控制模块采样到第一晶体管第三端的电压达到第一预设电压时控制开关模块断开充放电模块的放电路径，以使驱动模块向充放电模块充电，并且驱动模块在充放电模块的电压达到第二预设电压时，通过其第一输出端向第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使第一晶体管关断。其中，第一预设电压为比过流保护电压低预设阈值的电压，其中过流保护电压为流过第一晶体管的电流等于过流保护点时第一晶体管第三端的电压，预设阈值为一个范围值，当采样控制模块采样到第一晶体管第三端的电压达到第一预设电压时控制开关模块断开充放电模块的放电路径，使得驱动模块输出的电流无法通过开关模块，而输出到充放电模块，使充放电模块充电；并且在充放电模块的电压达到第二预设电压时，驱动模块向第一晶体管的第一端输出关断控制信号，以使第一晶体管关断，从而可以保护第一晶体管，通过合理设置第一预设电压和第二预设电压的大小，进而在流过第一晶体管的电流和第一晶体管的过流保护点有一定差距时，即将第一晶体管关断，避免流过第一晶体管的电流过大而受损。
[0020]
实施例二
[0021]
图2是本发明实施例二中提供的一种过流保护电路的电路原理图，本实施例建立在上述实施例一的基础上，参考图2，开关模块300包括第一电阻r1、第一二极管d1、第二晶体管m2和第三晶体管m3，第一电阻r1分别与驱动模块100的第二输出端a2和第一二极管d1的阳极电连接，第一二极管d1的阴极与第二晶体管m2的第二端电连接，第二晶体管m2的第一端与第三晶体管m3的第二端电连接，第二晶体管m2的第三端接地，第三晶体管m3的第一端与采样控制模块400电连接，第三晶体管m3的第三端接地。
[0022]
其中，第二晶体管m2和第三晶体管m3可以为npn型晶体管。开关模块300的作用原理为：驱动模块100通过第一输出端a1向第一晶体管m1的第一端b1输入驱动电压以驱动第一晶体管m1，第一晶体管m1正常工作，采样控制模块采样电压较低时，第二晶体管m2默认处于导通状态，第三晶体管m3默认为关闭状态，驱动模块100的内部电流源输出的电流经过第二输出端a2输出经第一电阻r1和第一二极管d1输出到第二晶体管m2的第二端，充放电模块
200的放电电流也经第一电阻r1和第一二极管d1输出到第二晶体管m2的第二端，最后经第二晶体管m2的第三端输出到地gnd。采样控制模块400实时采样第一晶体管m1第三端b3的电压，当采样到第一晶体管m1第三端b3的电压达到第一预设电压时，采样控制模块400向第三晶体管m3的第一端输入高电平信号，使得第三晶体管m3导通，第三晶体管m3导通后拉低第二晶体管m2第一端的电压，使得第二晶体管m2关断，使得驱动模块100内部电流源输出的电流无法通过第二晶体管m2，而输入到充放电模块200，使充放电模块200进行充电。
[0023]
可选地，开关模块300还包括第二电阻r2，第二电阻r2的第一端接电源端v0，第二电阻r2的第二端与第二晶体管m2的第一端电连接。
[0024]
其中，由于第二晶体管m2默认为导通状态，因此通过电源端v0接入供电电压经第二电阻r2输出到第二晶体管m2的第一端，以导通第二晶体管m2。此外，第二电阻r2还用于防止第二晶体管m2基极电压过大。
[0025]
可选地，开关模块300还包括第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5，第三电阻r3连接在第二晶体管m2的第一端和第三端之间，第四电阻r4连接在第三晶体管m3的第一端和第三端之间，第五电阻r5的第一端与第三晶体管m3的第一端电连接，第五电阻r5的第二端与采样控制模块400电连接。
[0026]
其中，第三电阻r3用于分担第二晶体管m2第一端(基极)的电压，为第二晶体管m2提供基极的静态工作点，使得断电时基极能量消耗在电阻上，以保证第二晶体管m2可靠关断。同理，第四电阻r4用于分担第三晶体管m3第一端(基极)的电压，为第三晶体管m3提供基极的静态工作点，使得断电时基极能量消耗在电阻上，以保证第三晶体管m3可靠关断。第五电阻r5用作分压限流。
[0027]
可选地，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3为mos管或igbt管。
[0028]
其中，第一晶体管m1、第二晶体管m2和第三晶体管m3均可以为npn型mos管或npn型igbt管。第一晶体管m1可以用作驱动型晶体管，用于驱动负载。第二晶体管m2和第三晶体管m3可以用作开关管。
[0029]
可选地，采样控制模块400包括第六电阻r6、第七电阻r7和第二二极管d2，第六电阻r6的第一端与第一晶体管m1的第三端电连接，第六电阻r6的第二端接地，第二二极管d2的阴极与第六电阻r6的第一端电连接，第二二极管d2的阳极通过第七电阻r7与第六电阻r6的第二端电连接，第二二极管d2的阳极还与开关模块300电连接。
[0030]
其中，第二二极管d2为稳压二极管，第六电阻r6为采样电阻，用于采集第一晶体管m1第三端的电压。第一晶体管m1在驱动模块100的驱动下，电流逐渐增大，采样电阻r6的电压逐渐升高，当第一晶体管m1第三端的电压大于第一预设电压时，达到第一晶体管m1要求的过流点，采样电阻r6的电压升高使第二二极管d2进入击穿状态，击穿状态下第一晶体管m1第三端的电压会流入到第三晶体管m3的第一端，使第三晶体管m3导通，第三晶体管m3导通后拉低第二晶体管m2第一端的电压，使第二晶体管m2关断，从而充放电模块200输出的放电电流和驱动模块100内部电流源输出的电流无法再经第一电阻r1个第一二极管d1输入到第二晶体管m2而输入到充放电模块200，使充放电模块200进行充电。
[0031]
可选地，采样控制模块300还包括第一电容c1，第一电容c1的第一端与第二二极管d2的阳极电连接，第一电容c1的第二端接地。
[0032]
其中，第一电容c1用于滤波。
[0033]
可选地，第二二极管d2为稳压二极管。
[0034]
通过选择不同参数的稳压管二极管可以调节第一预设电压，具体是根据稳压二极管的反向击穿电压来选择稳压二极管，实现对第一预设电压的调节，进而可以实现在远小于退饱和点的电流下保护第一晶体管m1，避免第一晶体管m1发生过流，从而保护第一晶体管m1。
[0035]
可选地，充放电模块包括第二电容c2，第二电容c2的第一端分别与驱动模块100的第二输出端a2和开关模块300电连接，第二电容c2的第二端接地。
[0036]
其中，在第一晶体管m1第三端的电压小于第一预设电压时，第二电容c2处于放电状态，第二电容c2的放电电流经第一电阻r1和第一二极管d1输入到第二晶体管m2，经第二晶体管m2输出到接地端gnd。当第一晶体管m1第三端的电压大于第一预设电压时，由于第三晶体管m3导通而第二晶体管m2关断，使得驱动模块100内部电流源输出的电流输入到第二电容c2，使第二电容c2充电。当第二电容c2的电压达到第二预设电压时，驱动模块100通过第一输出端a1向第一晶体管m1的第一端b1输出关断控制信号，以关断第一晶体管m1，从而可以保护第一晶体管，避免其因电压或电流过大而受损。此外，可以根据第一晶体管的过流保护点的实际需求，通过合理设置第一预设电压和第二预设电压参数，以实现在远小于过流保护点的电流下保护第一晶体管。
[0037]
可选地，还包括第八电阻r8和第九电阻r9，第八电阻r8的第一端与驱动模块100的第一输出端a1电连接，第八电阻r8的第二端与第一晶体管m1的第一端电连接，第九电阻r9连接在第一晶体管m1的第一端和第三端之间。
[0038]
其中，第八电阻r8和第九电阻r9用于分压限流。
[0039]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。