CN102064535A - 一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路，其利用迟滞比较器可以实现在过流下，关闭驱动，当电流减小到规定数值时，恢复驱动，实现自动保护功能。在过流时，本发明利用迟滞比较器，合理设置窗口空间可以使绝缘栅双极型晶体管过流保护后，电流下降到一定数值时，绝缘栅双极型晶体管驱动恢复正常，设备恢复正常工作，而且电路具备一定的抗干扰能力。

Description

一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路

技术领域

本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管自恢复电路，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路。

背景技术

由于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，主要使用在高压大电流等场合，因此保护功能非常重要，由于较大的负载电流会引起IGBT内较高的损耗，所以，为了避免超过最大的允许结温，IGBT的过流范围应该受到限制，常用的过流保护，主要是当过流发生，然后关闭IGBT驱动实现保护功能，如想恢复，多数复位则只能通过手动复位实现重新工作。

集中式过流保护方式，即检测输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有的IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零.分立电流保护电路，通过触发器时序逻辑电路的记忆功能，构成记忆锁定保护电路，以避免保护电路在过流时的频繁动作。

专利号：CN03200451.6，名称为：一种IGBT过流保护电路的专利公开了一种IGBT过流保护电路，包括主控芯片UC3875、比较器、触发器，其中主控芯片的4个输出端分别接4个触发脉冲电路，所述触发脉冲电路分别接全控整流-逆变桥中IGBT器件的门极，其特征在于：所述比较器的同向输入端接一个可变电阻，反向输入端接信号采样电路的输出端，输出端接所述触发器的触发端；所述触发器的输出端与所述主控芯片的(5)脚之间经过电阻相连接；所述触发器的输出端经电阻接一个三极管的基极，所述三极管的射极接地，集电极接一个二极管的阴极，所述二极管的阳极接所述主控芯片的(6)脚，所述三极管的基极与与之连接的电阻之间接有旁路电容。采用比较器和触发器实现的IGBT过流方案，能够在过流情况下，对IGBT实现保护功能，但保护发生后，IGBT的驱动被关闭，恢复时，只能通过手动或定时复位功能才能实现，影响了设备正常工作。

发明内容

本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路，本发明利用迟滞比较器可以实现在过流下，关闭驱动，当电流减小到规定数值时，恢复驱动，实现自动保护功能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路，包括迟滞比较器、与门、光耦、NPN晶体管、PNP晶体管、Zener二极管和可调电位器，所述迟滞比较器同相输入端与所述可调电位器可调分压电阻端相连，反相输入端接绝缘栅双极型晶体管集电极电压检测端，所述迟滞比较器输出经过一逻辑所述与门后，与所述光耦输入端相连，所述光耦输出经一电阻电容网络驱动两个所述NPN晶体管，所述光耦实现输入与输出信号的电气隔离，绝缘栅双极型晶体管驱动电路采用推挽输出，推挽驱动晶体管上管NPN集电极接+15V，其发射极与下管PNP发射极相连，发射极同时经一驱动电阻作为绝缘栅双极型晶体管栅极驱动端，下管PNP集电极与-8V相接，绝缘栅双极型晶体管栅极驱动端对地接入反接两个Zener二极管，起栅极驱动保护作用。

所述迟滞比较器电路由芯片LT1358组成。

UC3875实现的过流保护功能，在过流时，可以将脉冲信号锁存到寄存器，关闭输出驱动信号，但欲使其重新工作，只能通过手动复位或定时复位功能实现，影响系统正常工作。本发明利用利用迟滞比较器，合理设置窗口空间可以使IGBT过流保护后，电流下降到一定数值时，IGBT驱动恢复正常，设备恢复正常工作，而且电路具备一定的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明实施例电路图；

图2为本发明实施例IGBT过载仿真图；

图3为本发明实施例IGBT驱动恢复正常仿真图；

图4为本发明实施例IGBT过载保护及自恢复仿真图；

图5为本发明实施例IGBT正常驱动关系仿真图；

图6为本发明实施例IGBT过流动作时驱动关系仿真图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图所示，一种IGBT过流保护自恢复方法，是由分立元件组成，包括：芯片LT1358，与门，光耦，NPN及PNP晶体管，Zener二极管，可调电位器，固定电阻及电容等。其特征在于：由LT1358组成的迟滞比较器电路，迟滞比较器电路同相输入端与电位器可调分压电阻端相连，反相输入端接IGBT集电极电压检测端，迟滞比较器输出经过一逻辑与门后，与光耦输入端相连，光耦输出经一电阻电容网络驱动两个NPN晶体管，光耦实现输入与输出信号的电气隔离，IGBT驱动电路采用推挽输出，有效地降低了驱动电路的输出阻抗，提高了驱动能力，推挽驱动晶体管上管NPN集电极接+15V，其发射极与下管PNP发射极相连，发射极同时经一驱动电阻作为IGBT栅极驱动端，下管PNP集电极与-8V相接，IGBT栅极驱动端对地接入反接两个Zener二极管，起栅极驱动保护作用。

图1中，高速光耦4N25实现输入输出信号的电气隔离，能够达到很好的电气隔离，驱动电路采用推挽输出形式，有效地降低了驱动电路的输出阻抗，提高了驱动能力，在发生过流时及时关断IGBT，其中Q2，Q3，Q4，Q5构成驱动脉冲放大电路，在栅源之间并接双向稳压管D1和D2，R12为IGBT的门极串联电阻。

正常工作时：

当控制电路送来高电平信号时，光耦4N25导通，Q4与Q5截止，Q2导通，Q3截止，该驱动电路

向IGBT提供+15V驱动开启电压，使IGBT导通。

当控制电路送来低电平信号时，光耦4N25截止，Q4与Q5导通，Q3导通，Q2截止，该驱动电路向IGBT提供-8V驱动关闭电压，使IGBT关闭.

当过流时：

当电路出现故障时，过流时，IGBT的集电极电位迅速升高，直至U3的V_-＞V₊时，U3输出为低，与门U1输出为低，光耦U2截止，，Q4与Q5导通，Q 3导通，Q2截止，该驱动电路向IGBT提供-8V驱动关闭电压，使IGBT关闭，从而达到过流保护，直至电路故障排除，当V_-＜V₊时，光耦导通，IGBT重新开启。

现假设过流保护动作时IGBT集电极对发射极的饱和电压Vn为8.5V，由滞回比较器关系公式有：

回差电压影响系统的抗干扰性能，设回差电压ΔU_TH为4V，U_TH1为8.5V，则U_TH2为4.5V。U_om为12V。则可求出：

令R₄为5kΩ，R₅为1kΩ，R₆为1kΩ。

由公式：

(设R₁₀电位器电压点为A点)，有：

U_A点电位为7.32V，令R₁₁为10kΩ，R₁₀为50kΩ调节范围的可调电位器，R₉为5kΩ电阻，可求出U_A设置范围可在3V-9V范围内，现设计条件为将电位器调节到15kΩ，IGBT驱动电阻选择10Ω电阻。

仿真效果图：

当IGBT集电极对发射极饱和电压上升到9V时，迟滞比较器输出为低，光耦截止，Q4与Q5导通，Q2截止，Q 3导通，-8V电源向IGBT提供关断电压，使IGBT截止.仿真图像如图2所示，其中V[n002]为IGBT集电极饱和电压，V[n006]为迟滞比较器输出。

当IGBT集电极对发射极饱和电压下降到4.8V时，迟滞比较器输出为高，光耦导通，Q4与Q5

截止，Q2导通，Q3截止，+15V电源向IGBT提供开启电压，使IGBT重新导通。仿真图像如图3所示，其中V[n002]为IGBT集电极饱和电压，V[n006]为迟滞比较器输出。

保护动作仿真如图4所示，其中V[n002]为IGBT集电极饱和电压，V[n004]为迟滞比较器输出。

正常时，驱动输出仿真，如图5所示，其中V[n002]为IGBT集电极饱和电压，V[n006]为迟滞比较器输出，V[n013]为IGBT驱动电压。

过流动作时，驱动输出仿真，如图6所示，其中V[n002]为IGBT集电极饱和电压，V[n006]为迟滞比较器输出，V[n014]为IGBT驱动电压。

由以上仿真图片，可以得到，此电路可以实现对IGBT的过流电路保护功能，并且当过电流减小到设定数值时，驱动可以恢复正常，使IGBT得以恢复工作状态。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (2)

1.一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路，其特征在于：包括迟滞比较器、与门、光耦、NPN晶体管、PNP晶体管、Zener二极管和可调电位器，所述迟滞比较器同相输入端与所述可调电位器可调分压电阻端相连，反相输入端接绝缘栅双极型晶体管集电极电压检测端，所述迟滞比较器输出经过一逻辑所述与门后，与所述光耦输入端相连，所述光耦输出经一电阻电容网络驱动两个所述NPN晶体管，所述光耦实现输入与输出信号的电气隔离，绝缘栅双极型晶体管驱动电路采用推挽输出，推挽驱动晶体管上管NPN集电极接+15V，其发射极与下管PNP发射极相连，发射极同时经一驱动电阻作为绝缘栅双极型晶体管栅极驱动端，下管PNP集电极与-8V相接，绝缘栅双极型晶体管栅极驱动端对地接入反接两个Zener二极管，起栅极驱动保护作用。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型晶体管过流保护自恢复电路，其特征在于：所述迟滞比较器电路由芯片LT1358组成。

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