Igbt過流保護電路和變流裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種IGBT過流保護電路和變流裝置，其中該IGBT過流保護電路與變流裝置中的負載連接，包括絕緣柵雙極型晶體管、驅動控制模塊和電壓鉗位控制模塊。本實用新型的IGBT過流保護電路，通過驅動控制模塊根據接收到的PWM驅動信號控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT導通或截止，且在IGBT導通過程中出現過流情況時，通過電壓鉗位控制模塊對IGBT的柵極電壓進行鉗位，以降低IGBT的柵極電壓，增大IGBT的導通飽和壓降，從而提高IGBT的過流能力，延長IGBT的過流承受時間，防止發生對IGBT誤保護或IGBT誤動作現象。
【專利說明】IGBT過流保護電路和變流裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及過流保護【技術領域】，尤其涉及一種IGBT過流保護電路和變流裝置。
【背景技術】
[0002]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應管)與GTR (Giant Transistor，大功率晶體管)的復合器件，因此，IGBT既具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅動電路簡單、熱溫度性好的優點，又包含了 GTR的載流量大、阻斷電壓高等多項優點，是取代GTR的理想開關器件。特別是目前已經被推廣應用的第四代IGBT，具有通態壓降更低、開關速度更快、體積更小等更多的優點。因此IGBT非常適合應用于直流電壓為600V及大于600V的變流系統，如:交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
[0003]但是，由于任何一個通電的導體都會產生磁場，還有加之電路板走線的雜散電感，IGBT本身的分布電容，又由于IGBT通常工作在高頻、高壓、大電流的條件下，因此IGBT在導通的時候，往往由于磁場干擾、走線的雜散電感、分布電容等因素的影響，很容易發生瞬間過流的情況。實際應用中，IGBT是允許有一定時間范圍之內的過流能力的，如果只要一檢測到IGBT過流，且過流時間未超出IGBT所允許的時間范圍的情況下，就對IGBT或系統進行保護，那么就會發生對IGBT誤保護或IGBT誤動作現象。
實用新型內容
[0004]本實用新型的主要目的是提出一種IGBT過流保護電路和變流裝置，旨在當提高絕緣柵雙極型晶體管IGBT的過流能力，延長IGBT的過流承受時間，防止發生對IGBT誤保護或IGBT誤動作現象。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型提出一種IGBT過流保護電路，該IGBT過流保護電路與負載連接，包括絕緣柵雙極型晶體管、用于根據接收到的PWM (Pulse WidthModulation，脈沖寬度調制)驅動信號控制所述絕緣柵雙極型晶體管導通或截止的驅動控制模塊，以及用于在過流時對所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電壓進行鉗位的電壓鉗位控制豐旲塊;
[0006]所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極與所述驅動控制模塊連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的漏極與所述負載連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的源極接地。
[0007]優選地，所述驅動控制模塊包括工作電壓輸入端、驅動控制信號輸入端、第一三極
管、第二三極管、第三三極管、第一二極管、第一電阻和第二電阻；
[0008]所述第一三極管的基極與所述驅動控制信號輸入端連接，所述第一三極管的集電極與所述工作電壓輸入端連接，所述第一三極管的發射極與所述第二三極管的基極連接，且與所述第三三極管的基極連接；
[0009]所述第二三極管的集電極與所述工作電壓輸入端連接，所述第二三極管的發射極經由所述第一電阻與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，且經由所述第二電阻與所述第一二極管的陰極連接，所述第一二極管的陽極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接；
[0010]所述第三三極管的發射極與所述第二三極管的發射極連接，所述第三三極管的集電極接地。
[0011]優選地，所述驅動控制模塊還包括第三電阻和第四電阻；
[0012]所述第三電阻的一端與所述驅動控制信號輸入端連接，所述第三電阻的另一端接地；
[0013]所述第四電阻的一端與所述第一三極管的發射極連接，所述第四電阻的另一端與所述第二三極管的基極連接，且與所述第三三極管的基極連接。
[0014]優選地，所述電壓鉗位控制模塊包括第四三極管、第二二極管、第三二極管、第一穩壓二極管、第二穩壓二極管、第五電阻和一電容；
[0015]所述第二二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接，所述第二二極管的陽極與所述第一穩壓二極管的陰極連接；
[0016]所述第三二極管的陽極與所述第一三極管的發射極連接，所述第三二極管的陰極與所述第一穩壓二極管的陰極連接，且經由所述電容接地，所述第五電阻與所述電容并聯；
[0017]所述第四三極管的基極與所述第一穩壓二極管的陽極連接，所述第四三極管的集電極與所述第二穩壓二極管的陽極連接，所述第四三極管的發射極接地，所述第二穩壓二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接。
[0018]優選地，所述電壓鉗位控制模塊還包括第三穩壓二極管和第六電阻；
[0019]所述第三穩壓二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第三穩壓二極管的陽極接地；
[0020]所述第六電阻的一端與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第六電阻的另
一端接地。
[0021]優選地，所述電壓鉗位控制模塊還包括第七電阻；
[0022]所述第七電阻的一端與所述第三二極管的陰極連接，所述第七電阻的另一端經由所述電容接地。
[0023]本實用新型還提出一種變流裝置，該變流裝置包括負載，還包括IGBT過流保護電路，該IGBT過流保護電路與負載連接，包括絕緣柵雙極型晶體管、用于根據接收到的PWM驅動信號控制所述絕緣柵雙極型晶體管導通或截止的驅動控制模塊，以及用于在過流時對所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電壓進行鉗位的電壓鉗位控制模塊；
[0024]所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極與所述驅動控制模塊連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的漏極與所述負載連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的源極接地。
[0025]本實用新型提出的IGBT過流保護電路，通過驅動控制模塊根據接收到的PWM驅動信號控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT導通或截止，且在IGBT導通過程中出現過流情況時，通過電壓鉗位控制模塊對IGBT的柵極電壓進行鉗位，以降低IGBT的柵極電壓，增大IGBT的導通飽和壓降，從而提高IGBT的過流能力，延長IGBT的過流承受時間，防止發生對IGBT誤保護或IGBT誤動作現象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖I為本實用新型IGBT過流保護電路較佳實施例的電路結構示意圖。
[0027]本實用新型的目的、功能特點及優點的實現，將結合實施例，并參照附圖作進一步說明。
【具體實施方式】
[0028]以下結合說明書附圖及具體實施例進一步說明本實用新型的技術方案。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0029]本實用新型提出一種IGBT過流保護電路。
[0030]參照圖1，圖I為本實用新型IGBT過流保護電路較佳實施例的電路結構示意圖。
[0031]本實用新型較佳實施例中，IGBT過流保護電路與負載RL連接，IGBT過流保護電路包括絕緣柵雙極型晶體管10、驅動控制模塊20和電壓鉗位控制模塊30 ;驅動控制模塊20用于控制絕緣柵雙極型晶體管10導通或截止，電壓鉗位控制模塊30用于在過流時對絕緣柵雙極型晶體管10的柵極電壓進行鉗位。
[0032]其中，絕緣柵雙極型晶體管10的柵極與驅動控制模塊20連接，且與電壓鉗位控制模塊30連接，絕緣柵雙極型晶體管10的漏極與負載RL連接，且與電壓鉗位控制模塊30連接，絕緣柵雙極型晶體管10的源極接地。
[0033]在本實施例中，·驅動控制模塊20接收輸入的PWM驅動信號，并根據接收到的PWM驅動信號，控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT 10導通或截止，當該PWM驅動信號為高電平時，驅動控制模塊20控制IGBT 10導通，當該PWM驅動信號為低電平時，驅動控制模塊20控制IGBT 10截止。在IGBT 10導通過程中出現過流情況時，電壓鉗位控制模塊30對IGBT 10的柵極電壓進行鉗位，將IGBT 10的柵極電壓鉗位在一預設的電壓值，該預設的電壓值小于IGBT 10原來的驅動電壓，使得IGBT 10的柵極電壓變小，導通飽和壓降變大。
[0034]相對于現有技術，本實用新型提出的IGBT過流保護電路，在IGBT 10導通過程中出現過流情況時，通過電壓鉗位控制模塊30對IGBT 10的柵極電壓進行鉗位，以降低IGBT10的柵極電壓，增大IGBT 10的導通飽和壓降，從而提高IGBT 10的過流能力，延長IGBT10的過流承受時間，防止發生對IGBT 10誤保護或IGBT 10誤動作現象。
[0035]如圖I所示，驅動控制模塊20包括工作電壓輸入端VCC、驅動控制信號輸入端V_PWM、第一三極管Ql、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第一二極管Dl、第一電阻Rl和第二電阻R2，在本實施例中，第一三極管Ql、第二三極管Q2均為NPN型三極管，第三三極管Q3且PNP型三極管，工作電壓輸入端VCC用于輸入+15V的工作電壓。
[0036]第一三極管Ql的基極與驅動控制信號輸入端￥_?麗連接，第一三極管Ql的集電極與工作電壓輸入端VCC連接，第一三極管Ql的發射極與第二三極管Q2的基極連接，且與第三三極管Q3的基極連接；第二三極管Q2的集電極與工作電壓輸入端VCC連接，第二三極管Q2的發射極經由第一電阻Rl與絕緣柵雙極型晶體管10的柵極連接，且經由第二電阻R2與第一二極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與絕緣柵雙極型晶體管10的柵極連接；第三三極管Q3的發射極與第二三極管Q2的發射極連接，第三三極管Q3的集電極接地。
[0037]具體地，驅動控制模塊20還包括第三電阻R3和第四電阻R4。
[0038]第三電阻R3的一端與驅動控制信號輸入端V_PWM連接，第三電阻R3的另一端接地；第四電阻R4的一端與第一三極管Ql的發射極連接，第四電阻R4的另一端與第二三極管Q2的基極連接，且與第三三極管Q3的基極連接。
[0039]在本實施例中，第三電阻R3為第一三極管Ql的基極下拉電阻，用于防止由于干擾而使第一三極管Ql誤導通。第四電阻R4為第二三極管Q2和第三三極管Q3的基極限流電阻，用于保護第二三極管Q2和第三三極管Q3，防止第二三極管Q2和第三三極管Q3由于被大電流沖擊而損壞。
[0040]本實施例中，電壓鉗位控制模塊30包括第四三極管Q4、第二二極管D2、第三二極管D3、第一穩壓二極管DZl、第二穩壓二極管DZ2、第五電阻R5和電容Cl,在本實施例中，第四三極管Q4為NPN型三極管，第五電阻R5和電容Cl組成一充放電時間回路，使得在IGBT過流保護電路不工作的情況下，為電容Cl提供放電回路，第三二極管D3能夠防止尖峰干擾而損壞第一三極管Ql。
[0041]其中，第二二極管D2的陰極與絕緣柵雙極型晶體管10的漏極連接，第二二極管D2的陽極與第一穩壓二極管DZl的陰極連接；第三二極管D3的陽極與第一三極管Ql的發射極連接，第三二極管D3的陰極與第一穩壓二極管DZl的陰極連接，且經由電容Cl接地，第五電阻R5與電容Cl并聯；第四三極管Q4的基極與第一穩壓二極管DZl的陽極連接，第四三極管Q4的集電極與第二穩壓二極管DZ2的陽極連接，第四三極管Q4的發射極接地，第二穩壓二極管DZ2的陰極與絕緣柵雙極型晶體管10的柵極連接。
[0042]具體地，電壓鉗位控 制模塊30還包括第三穩壓二極管DZ3和第六電阻R6。
[0043]第三穩壓二極管DZ3的陰極與絕緣柵雙極型晶體管10的柵極連接，第三穩壓二極管DZ3的陽極接地；第六電阻R6的一端與絕緣柵雙極型晶體管10的柵極連接，第六電阻R6的另一端接地。
[0044]在本實施例中，第六電阻R6能夠防止由于靜電、尖峰干擾等引起的IGBT 10誤動作；第三穩壓二極管DZ3能夠防止IGBT 10的柵極電壓過高而造成永久性擊穿。
[0045]具體地，電壓鉗位控制模塊30還包括第七電阻R7 ;第七電阻R7的一端與第三二極管D3的陰極連接，第七電阻R7的另一端經由電容Cl接地。
[0046]本實用新型IGBT過流保護電路的工作原理具體描述如下：
[0047]如圖I所示，從驅動控制信號輸入端V_PWM輸入PWM驅動信號，以控制IGBT 10導通或者截止。當驅動控制信號輸入端￥_?麗輸入的PWM驅動信號為高電平時，第一三極管Ql導通，由于從工作電壓輸入端VCC輸入的+15V電壓輸入到第一三極管Ql的集電極，因此第一三極管Ql的發射極（即B點)為高電平，從而驅動第二三極管Q2導通，而使第三三極管Q3截止，使得第二三極管Q2的發射極（即D點）為高電平，且D點的電壓為+15V，此時D點處的+15V電壓通過第一電阻Rl驅動IGBT 10導通，而且由于D點的電壓為+15V，使得第一二極管Dl截止，此時第二電阻R2、第一二極管Dl支路相當于處于斷開狀態，IGBT 10的柵極電阻等于第一電阻Rl的阻值，第一二極管Dl截止后，IGBT 10的結電容Cl通過第一電阻Rl充電；當驅動控制信號輸入端V_PWM輸入的PWM驅動信號為低電平時，第一三極管Ql截止，B點為低電平，從而驅動第三三極管Q3導通，而使第二三極管Q2截止，從而D點為低電平，此時第一二極管Dl導通，第一電阻Rl和第二電阻R2并聯，IGBT 10的柵極電阻為第一電阻Rl和第二電阻R2并聯后的等效電阻，相當于IGBT 10的柵極電阻的阻值減小，使得IGBT 10的結電容Cl迅速通過第一電阻Rl和第二電阻R2放電，從而IGBT 10的結電容Cl放電時間變短，使得IGBT 10迅速截止。
[0048]在IGBT 10導通的過程中，當流過IGBT 10的電流在正常范圍之內時，IGBT 10的漏極電壓(即C點的電壓)低，第二二極管D2導通，從而拉低了第一穩壓二極管DZl的陰極電壓(即A點的電壓)，使得第一穩壓二極管DZl無法導通。從而在流過IGBT 10的電流在正常范圍之內時，不會對IGBT 10進行過流保護，使得IGBT 10不會由于誤動作而截止進入保護狀態。
[0049]在IGBT 10導通的過程中，當流過IGBT 10的電流超過正常電流(如由于負載RL短路而導致的過流情況)時，IGBT 10的漏極(即C點)、源極兩端的電壓會升高，當C點的電壓升高到一定值時，使得第二二極管D2截止，則B點處的電壓通過第三二極管D3、第七電阻R7給電容Cl充電，電容Cl上的電壓(即A點的電壓)會按照指數規律持續升高，若A點的電壓升高到能夠使得第一穩壓二極管DZl導通，則第四三極管Q4處于導通狀態，在本實用新型IGBT過流保護電路中，選用第一穩壓二極管DZl為IOV的穩壓二極管，即第一穩壓二極管DZl的擊穿電壓(穩壓值)為10V，這樣由于第一穩壓二極管DZl的鉗位作用，使IGBT10的柵極電壓(即E點的電壓)由+15V變為了 +10V，即將IGBT 10的柵極電壓鉗位在+10V，IGBT 10的柵極電壓穩定為+10V，從而有效地降低了 IGBT 10的柵極電壓，增大了 IGBT 10的飽和壓降，因此可以延長IGBT 10的過流(或短路電流)承受時間，有效防止對IGBT 10誤保護或者IGBT 10自身誤動作。
[0050]本實用新型IGBT過流保護電路根據實際所需的IGBT 10的過流承受時間，適當的選擇第一穩壓二極管DZ1，只要第一穩壓二極管DZl的擊穿電壓小于從工作電壓輸入端輸入的工作電壓即可。
[0051]本實用新型還提出一種變流裝置，該變流裝置包括負載RL和IGBT過流保護電路，該IGBT過流保護電路的電路結構、工作原理以及所帶來的有益效果均可參照上述實施例，此處不再贅述。
[0052]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種IGBT過流保護電路，與負載連接，其特征在于，包括絕緣柵雙極型晶體管、用于根據接收到的PWM驅動信號控制所述絕緣柵雙極型晶體管導通或截止的驅動控制模塊，以及用于在過流時對所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電壓進行鉗位的電壓鉗位控制模塊； 所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極與所述驅動控制模塊連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的漏極與所述負載連接，且與所述電壓鉗位控制模塊連接，所述絕緣柵雙極型晶體管的源極接地。
2.如權利要求1所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述驅動控制模塊包括工作電壓輸入端、驅動控制信號輸入端、第一三極管、第二三極管、第三三極管、第一二極管、第一電阻和第二電阻； 所述第一三極管的基極與所述驅動控制信號輸入端連接，所述第一三極管的集電極與所述工作電壓輸入端連接，所述第一三極管的發射極與所述第二三極管的基極連接，且與所述第三三極管的基極連接； 所述第二三極管的集電極與所述工作電壓輸入端連接，所述第二三極管的發射極經由所述第一電阻與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，且經由所述第二電阻與所述第一二極管的陰極連接，所述第一二極管的陽極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接； 所述第三三極管的發射極與所述第二三極管的發射極連接，所述第三三極管的集電極接地。
3.如權利要求2所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述驅動控制模塊還包括第三電阻和第四電阻； 所述第三電阻的一端與所述驅動控制信號輸入端連接，所述第三電阻的另一端接地； 所述第四電阻的一端與所述第一三極管的發射極連接，所述第四電阻的另一端與所述第二三極管的基極連接，且與所述第三三極管的基極連接。
4.如權利要求2或3所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述電壓鉗位控制模塊包括第四三極管、第二二極管、第三二極管、第一穩壓二極管、第二穩壓二極管、第五電阻和一電容； 所述第二二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的漏極連接，所述第二二極管的陽極與所述第一穩壓二極管的陰極連接； 所述第三二極管的陽極與所述第一三極管的發射極連接，所述第三二極管的陰極與所述第一穩壓二極管的陰極連接，且經由所述電容接地，所述第五電阻與所述電容并聯； 所述第四三極管的基極與所述第一穩壓二極管的陽極連接，所述第四三極管的集電極與所述第二穩壓二極管的陽極連接，所述第四三極管的發射極接地，所述第二穩壓二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接。
5.如權利要求4所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述電壓鉗位控制模塊還包括第三穩壓二極管和第六電阻； 所述第三穩壓二極管的陰極與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第三穩壓二極管的陽極接地； 所述第六電阻的一端與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第六電阻的另一端接地。
6.如權利要求5所述的IGBT過流保護電路，其特征在于，所述電壓鉗位控制模塊還包括第七電阻； 所述第七電阻的一端與所述第三二極管的陰極連接，所述第七電阻的另一端經由所述電容接地。
7. 一種變流裝置，包括負載，其特征在于，還包括權利要求1至6中任意一項所述的IGBT過流保護電路。
【文檔編號】H02H9/02GK203406604SQ201320483584
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】李巨林, 劉旭 申請人:Tcl空調器(中山)有限公司