一种igbt故障回馈和处理电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种故障回馈和处理电路及方法，特别设及一种提高IGBT故障保护 可靠性和抗干扰能力的故障回馈和处理电路及方法。
【背景技术】
[0002] 绝缘栅场效应晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)具有输入阻 抗高、驱动功率小、耐高压大电流、开关速度快、饱和压降小等优点，因而广泛应用于中、大 功率开关电源中。实际工作过程中，IGBT经常会遇到各类故障，比如短路故障、过流故障、 驱动故障、VCE过压故障等。为了避免上述故障对IGBT器件的损坏，配合驱动电路还需要 有针对不同故障形式的保护电路。保护电路根据故障形式采取降栅压、软关断、打囑关断等 保护措施，同时需要将故障信号隔离地回馈到控制巧片中，将控制信号屏蔽掉。当故障排除 时还需要将复位信号回馈到控制巧片，恢复控制信号的输出。
[0003] 由于杂散电容、电感的存在，开关电源中会伴有随机的干扰尖峰。当故障信号和 复位信号回馈过程中遇到干扰，则可能造成IGBT的误保护或误恢复，影响IGBT的正常工 作。现有技术中，为了避免电压或电流尖峰的干扰，可W采用设置盲区的方法，如公开号为 CN102263544的中国有权专利；或采用双故障信号，第一个故障信号固定延时之后仍然存 在故障则传送第二个故障信号，对控制信号进行屏蔽，如公开号为CN103199832的中国专 利申请。该些电路都存在故障回馈复杂，需要额外回馈路径，抗干扰性与保护即时性冲突的 不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的第一个目的是：提供一种IGBT故障回馈及处理方法。该方法能够显著提 高故障传输的可靠性，避免对IGBT的误保护和误恢复。
[0005] 本发明的第一个目的是通过W下技术方案实现的；一种IGBT故障回馈及处理方 法，通过故障序列产生单元和故障序列处理单元实现；当故障发生时，故障序列产生单元根 据故障保护状态产生故障窄脉冲序列，并将所述的故障窄脉冲序列通过禪合变压器传送到 主边控制巧片的故障序列处理单元；主边控制巧片中的故障序列处理单元在设定的时间之 内若检测到两个或两个W上的故障窄脉冲序列，则产生屏蔽信号将控制信号屏蔽掉；故障 排除后，故障序列产生单元根据故障状态产生恢复窄脉冲序列，并将所述的恢复窄脉冲序 列通过禪合变压器传送到主边控制巧片的故障序列处理单元；主边控制巧片中的故障序列 处理单元在设定的时间之内若检测到两个或两个W上的恢复窄脉冲序列，则将屏蔽信号撤 销，恢复控制信号的正常传输。
[0006] 本发明的第二个目的是提供一种IGBT故障回馈及处理电路，该目的是通过W下 技术方案实现的：
[0007] 一种IGBT故障回馈及处理电路，包括信号禪合变压器、故障保护电路，还包括故 障序列产生单元和故障序列处理单元。所述的故障序列产生单元包括第一下拉高压NM0S 管、第一与口、第一反相器、第二反相器、第一四位计数器、第一比较器、第一电流源、第一充 电电容、第一开关NMOS管、第一与非口、第一延时器和第一RS触发器；所述的第一下拉高压 NMOS管的漏极接信号禪合变压器副边的上端引脚，第一下拉高压NMOS管的栅极接第一与 口的输出端，源极接副边供电的参考地VEE。所述第一与口的一个输入端接第一反相器的 输出端，另一个输入端接第二反相器的输出端，第二反相器的输入端接第一四位计数器的 输出端。所述第一反相器的输入端接第一比较器的输出端，所述第一比较器的输出端同时 接入第一四位计数器的输入端和第一延时器输入端。所述第一延时器的输出端接第一与非 口的一个输入端。所述第一比较器的正输入端接基准电压Vkep，负输入端分别接第一电流源 的负端、第一充电电容一端和第一开关NMOS管的漏极。所述第一电流源的正端接副边的供 电电源VDDS，所述第一开关NMOS管的栅极接所述第一与非口的输出端，所述第一开关NMOS 管的源极和所述第一充电电容的另一端一起接副边的参考地VEE。所述第一与非口的另一 输入端接第一RS触发器的Q输出端。所述第一RS触发器的S输入端接故障保护电路的输 出端，R端接第一四位计数器输出的自复位窄脉冲信号。
[000引所述的故障序列处理单元包括第一D触发器、第一两位计数器、第二比较器、第二 电流源、第二充电电容、第二开关NMOS管、第立反相器、第一窄脉冲发生器和第二D触发器； 所述第二D触发器的D输入端接原边的供电电源V孤，所述第二D触发器的触发端CP接收主 边推挽驱动检测到的故障窄脉冲序列或恢复窄脉冲序列，所述第二D触发器的复位端化R 接第一窄脉冲发生器的输出端，所述第二D触发器的Q输出端接第=反相器的输入端。所 述第=反相器的输出端接第二开关NMOS管的栅极，所述第二开关NMOS管的漏极分别接第 二电流源的负端、第二充电电容的一端W及第二比较器的负输入端，第二NMOS管的源极和 第二充电电容的另一端接主边的参考地VSS。所述第二比较器的正输入端接参考电压VcEP， 输出端接第一窄脉冲发生器的输入端和第一两位计数器的使能端EN。所述第一两位计数器 另一输入端接收故障窄脉冲序列或恢复窄脉冲序列，输出端接第一D触发器的CP触发端。 所述第一D触发器接成分频器的形式，即其反相Q输出端接到D输入端，第一触发器的复位 端CLR接巧片的初始化信号。
[0009]本发明的基本工作原理如下：当IGBT发生短路、过流等故障或其驱动电路发生欠 压、过压等故障时，由故障保护电路对IGBT的驱动信号作出相应的保护动作。同时，故障 保护电路将故障状态信号W窄脉冲形式传送至故障序列产生单元，默认接收到第一个窄脉 冲表示IGBT发生故障，接收到第二个窄脉冲表示IGBT故障排除。第一个窄脉冲将第一RS 触发器的输出置位，上述第一充电电容的初始状态为0V，则第一比较器输出高电平，第一与 非口输出低电平将第一开关NMOS关断。第一电流源开始给第一电容充电，当充电电压达 到AW时，第一比较器输出低电平窄脉冲，经过延时器的固定延时之后使得第一与口的输出 端变为高电平，第一NMOS管开通并迅速将第一电容上的电压拉低，第一比较器又输出高电 平。重复上述动作，从而第一比较器输出连续的低电平窄脉冲。此窄脉冲输入到第一反相 器和第一四位计数器中。计数器的初始状态输出低电平，经过第二反相器之后输出高电平 到第一与口的一个输入端，第一与口的另一输入端接收第一反相器输出的高电平窄脉冲序 列，则第一与口输出高电平窄脉冲将第一高压NMOS下拉管开通，将禪合变压器副边的上端 连续拉低产生对应于高电平窄脉冲的低电平脉冲序列。当四位计数器接收到四个窄脉冲之 后输出高电平，并产生自复位的窄脉冲信号将四位计数器复位，同时将复位脉冲输出到第 一RS触发器的R输入端，将Q输出端复位为低电平。从而第一与非口输出高电平将第一开 关NMOS管开通，将第一充电电容上的电位拉低。上述故障脉冲序列产生电路停止工作，直 到故障保护电路输出下一个代表故障排除的窄脉冲信号，脉冲序列产生电路产生代表恢复 信号的窄脉冲序列。
[0010] 当故障脉冲序列传送至禪合变压器的主边之后，由推挽驱动电路检测并输出到故 障处理单元。故障处理单元中的第一两位计数器接收到第一个脉冲之后即开始计数。同 时第二D触发器的CP端接收所述的脉冲序列，从第一个脉冲开始即将Q输出端置位为高 电平，从而将第二开关NMOS管关断。第二电流源开始给第二充电电容充电，当充电电位达 到VcEP时，第二比较器输出低电平，将第一两位计数器复位。同时由窄脉冲发生器产生一个 低电平的窄脉冲将第二D触发器复位，从而将第二开关NMOS管开通，将第二充电电容的电 位拉低。如果第一两位计数器在第二电容充电到Vcw期间内能够检测到两个故障脉冲，贝U 输出一个窄脉冲触发第一D触发器，同时将该两位计数器复位。第一D触发器的反相Q输 出端产生一个低电平的屏蔽信号将控制巧片传送过来的控制信号屏蔽掉。此后，故障处理 单元若再检测到窄脉冲序列则默认为恢复信号，两位计数器产生的窄脉冲触发第一D触发 器，反相Q输出端变为高电平，即恢复控制信号的传输。
[0011] 本发明的有益效果在于：
[0012] 1、设置计时电路和计数电路协同工作可W避免故障信号的误保护和误恢复，提高 IGBT工作的可靠性；
[0013] 2、由于副边巧片采用双电源，可W只用一个下拉管产生故障窄脉冲序列，简化了 电路。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明所述的故障回馈及处理电路的典型应用电路；
[0015] 图2为本发明所述的故障回馈及处理方法的工作流程图；
[0016] 图3为本发明所述的故障回馈及处理电路的典型波形图。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图1，附图2,附 图3对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0018] 实施例一
[0019] 一种IGBT故障回馈和处理电路，如图1所示，包括：故障序列产生单元12和故障 处理单元11。为了便于理解，图中将应用电路的其它功能模块也画了出来，包括：第二与口 14,边沿脉冲调制单元15,主边推挽驱动单元16,信号禪合变压器17,脉冲还原单元13,过 流检测单元18,TVS管23,副边推挽驱动19,故障保护电路21，IGBT22。
[0020] 整个电路有S个供电电源，分别为主边的VDD15V，副边的VDDS25V，副边的 C0M10V，VSS和VEE分别为主边和副边的参考地。
[0021] 所述第二与口 14的一个输入端接控制巧片产生的控制信号，另一个输入端接故 障处理单元产生的屏蔽信号，输出端接边沿脉冲调制单元15的输入端；所述边沿脉冲调制 单元15的两个输出端分别接主边推挽驱动单元16的两个输入端，16的两个输出端分别接 禪合变压器17的两个输入端；所述禪合变压器17的上端输出端分别接脉冲还原单元13的 输入端和故障序列产生单元12的输出端，下端输出端接副边供电电源C0M1