一种智能IGBT
技术领域
本发明涉及一种绝缘栅双极型晶体管,通称为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor),特别涉及一种具有智能保护的IGBT,属于IGBT的改进技术领域。
背景技术
常规的IGBT可见图1,可看作是一个简单的晶体管,由G极输入信号,控制C极与E极的截止与开通。此电子器件没有任何保护功能,因此抗干扰能力非常差,在使用过程中发生任何一些异常如超温、过流、过压、欠压等状况都有可能烧坏而失效。现在也出现了具有保护功能的IGBT,IGBT保护的技术方案一般是在IGBT的外围电路中加入各种保护电路,但这种外围保护电路的灵敏度不高,且电路连接关系复杂、涉及较多昂贵的电子元器件,因此往往因成本高昂而难以真正有效应用。
发明内容
本发明的目的在于考虑现有技术的不足,提供一种成本低廉、安全可靠、内部具备智能保护模块的IGBT。
本发明的技术方案是:一种智能IGBT,其特征在于包括电源电路(1)、C极过压侦测电路(2)、温度侦测电路(3)、E极过流侦测电路(4)、输入过压欠压侦测电路(5)、驱动控制IGBT电路(6),所述电源电路(1)输入端分别与C极引脚和G极引脚连接,C极过压侦测电路(2)输入端连接C极引脚、温度侦测电路(3)、E极过流侦测电路(4)的输入端分别连接E极引脚、输入过压欠压侦测电路(5)的输入端连接G极引脚,C极过压侦测电路(2)、温度侦测电路(3)、E极过流侦测电路(4)、输入过压欠压侦测电路(5)的输出端连接驱动控制IGBT电路(6)输入端;所述驱动控制IGBT电路(6),包括逻辑或门U4、逻辑与门U5、比例晶体管Q1,逻辑或门U4的输出端Y连接逻辑与门U5的输入端B,逻辑与门U5的输入端A连接G极引脚,输出端Y连接比例晶体管Q1的基极,比例晶体管Q1的集电极连接C极引脚,发射极接地。
所述C极过压侦测电路(2)包括电阻R1、电阻R2、比较器U3、逻辑非门U2、RS锁存器U6,比较器U3的正输入端分别连接电阻R1与R2,负输入端连接参考电压ref3,输出端连接逻辑非门U2的输入端A以及RS锁存器U6的输入端S;电阻R1另一端连接C极引脚,电阻R2的另一端接地;RS锁存器U6的输入端R接收输入过压欠压侦测电路(5)输出的比较信号,输出端Q连接驱动控制IGBT电路(6)中逻辑或门U4的输入端A。
所述电源电路(1)包括电阻R6、二极管D1、二极管D2、恒流源U12、电源U1,电阻R6一端连接C极引脚,另一端连接恒流源U12输入端,恒流源U12输出端连接二极管D1正极,二极管D2的正极与G极引脚连接,二极管D1与二极管D2的负极分别连接电源U1,恒流源U12的控制端连接C极过压侦测电路(2)中逻辑非门U2的输出端。
所述温度侦测电路(3)包括热敏元件NTC、比较器U11和电阻R3,热敏元件NTC一端连接电源VCC,另一端分别连接于电阻R3一端以及比较器U11的正输入端,电阻R3另一端接地,比较器U11的输出端连接驱动控制IGBT电路(6)中逻辑或门U4的输入端D。
所述E极过流侦测电路(4)包括比较器U8、电阻R5,比较器U8的正输入端连接驱动控制IGBT电路(6)中的比例晶体管Q1,负输入端接参考电压ref2,输出端连接驱动控制IGBT电路(6)中逻辑或门U4输入端E;电阻R5一端连接比较器U8的正输入端,另一端接地。
于所述输入过压欠压侦测电路(5)包括窗口比较器U7、比较器U9和RS锁存器U10,窗口比较器U7的正输入端连接参考电压ref4,负输入端连接G极引脚,输出端分别连接RS锁存器U10的输入端R、C极过压侦测电路(2)中RS锁存器U6的输入端R以及驱动控制IGBT电路(6)中逻辑或门U4的输入端B;比较器U9的正输入端连接G极引脚,负输入端连接参考电压ref5,输出端连接RS锁存器U10的S输入端;RS锁存器U10的输出端Q连接驱动控制IGBT电路(6)中逻辑或门U4的输入端C。
其中,所述C极过压侦测电路(2)的RS锁存器U6的输入端R连接输入过压欠压侦测电路(5)中窗口比较器U7的输出端。
本发明的工作原理为,电源电路由C与G极取得电压输入,经过转换得到系统电源电压,C极过压侦测电路、温度侦测电路、E极过流侦测电路(4)、输入过压欠压侦测电路输出信号连接到驱动控制IGBT电路的输入端,驱动控制IGBT电路经过运算处理,以决定开通或关闭IGBT。
本发明的有益效果是,在不改变IGBT当前封装的情况下,在其内部规划设计智能电路模块,在出现异常时及时关断IGBT,不仅省去了复杂的外围保护电路,且所加入的电路模块设计简洁明了、布装简便,由于多用比较器、锁存器等常规IC组成,因此成本低廉、易于实现,特别适用于电磁炉、开关电源或变频产品领域。
附图说明
图1为现有IGBT器件的电路符号图。
图2为本发明的电路框图。
图3为本发明实施例的电路原理图。
图4为本发明实施例的RS逻辑电路图。
图5为本发明实施例的RS逻辑真值表。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图2、图3所示,一种智能IGBT,包括电源电路1、C极过压侦测电路2、温度侦测电路3、E极过流侦测电路4、输入过压欠压侦测电路5、驱动控制IGBT电路6,其中电源电路1的输入端分别与C极引脚和G极引脚连接,C极过压侦测电路2、温度侦测电路3及E极过流侦测电路4、输入过压欠压侦测电路5的输入端分别连接C极引脚、E极引脚和G极引脚,输出端连接驱动控制IGBT电路6输入端。
具体来说,电源电路1包括电阻R6、二极管D1、二极管D2、恒流源U12、电源U1,电阻R6一端连接C极引脚,另一端连接恒流源U12输入端,恒流源U12输出端连接二极管D1正极,二极管D2的正极与G极引脚连接,二极管D1与二极管D2的负极分别连接电源U1,恒流源U12的控制端连接C极过压侦测电路2中逻辑非门U2的输出端。
C极过压侦测电路2包括电阻R1、电阻R2、比较器U3、逻辑非门U2、RS锁存器U6,比较器U3的正输入端分别连接电阻R1与R2,负输入端连接参考电压ref3,输出端连接逻辑非门U2的输入端A以及RS锁存器U6的输入端S;电阻R1另一端连接C极引脚,电阻R2的另一端接地;RS锁存器U6的输入端R连接输入过压欠压侦测电路5中窗口比较器U7的输出端,输出端Q连接驱动控制IGBT电路6中逻辑或门U4的输入端A。
温度侦测电路3包括热敏元件NTC、比较器U11和电阻R3,热敏元件NTC一端连接电源VCC,另一端分别连接于电阻R3一端以及比较器U11的正输入端,电阻R3另一端接地,比较器U11的输出端连接驱动控制IGBT电路6中逻辑或门U4的输入端D。
E极过流侦测电路4包括比较器U8、电阻R5,比较器U8的正输入端连接驱动控制IGBT电路6中的比例晶体管Q1,负输入端接参考电压ref2,输出端连接驱动控制IGBT电路6中逻辑或门U4输入端E;电阻R5一端连接比较器U8的正输入端,另一端接地。
输入过压欠压侦测电路5包括窗口比较器U7、比较器U9和RS锁存器U10,窗口比较器U7的正输入端连接参考电压ref4,负输入端连接G极引脚,输出端分别连接RS锁存器U10的输入端R、C极过压侦测电路2中RS锁存器U6的输入端R以及驱动控制IGBT电路6中逻辑或门U4的输入端B;比较器U9的正输入端连接G极引脚,负输入端连接参考电压ref5,输出端连接RS锁存器U10的S输入端;RS锁存器U10的输出端Q连接驱动控制IGBT电路6中逻辑或门U4的输入端C。
驱动控制IGBT电路6,包括逻辑或门U4、逻辑与门U5、IGBT Q1,逻辑或门U4的输出端Y连接逻辑与门U5的输入端B,逻辑与门U5的输入端A连接G极引脚,输出端Y连接比例晶体管Q1的基极,比例晶体管Q1的集电极连接C极引脚,发射极接地。
图4和图5分别为上述实施例输入过压欠压侦测电路中RS锁存器U10的逻辑电路图和RS逻辑真值表。
通过以上电路的配置设计,IGBT内部形成一系列保护电路,对IGBT实时监控。IGBT工作时一旦发生异常,内部电路立刻输出相应信号,马上关断IGBT,保护IGBT,待异常消除后。IGBT仍可正常工作。相比较常规的IGBT,带内部保护模块的IGBT其可靠性与寿命大幅提升,为IGBT的应用推广提供了更加坚实的保障。