CN102332705A - 大功率变频装置igbt短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种大功率变频装置IGBT短路保护电路，包括隔离驱动电路，所述隔离驱动电路的输入端与PWM控制信号源连接，所述隔离驱动电路包括第一隔离驱动芯片U01、第七电阻R07、第二二极管D02、第三电阻R03、第一三极管Q01、第五电阻R05和第六电阻R06；所述IGBT短路保护电路还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括第一电阻R01、第二电阻R02、第一电容C01、第一二极管D01、比较器芯片U02、第四电阻R04和第二三极管Q02。本发明提供一种电路简单、成本较低、可靠性高的大功率变频装置IGBT短路保护电路。

Description

大功率变频装置IGBT短路保护电路
技术领域
本发明涉及大功率变频装置，尤其是一种大功率变频装置IGBT短路保护电路。
背景技术
目前在大功率变频装置(变频器、伺服控制器)中多采用单管IGBT或是IGBT模组作为逆变电路的主要器件，因此IGBT的驱动和保护成为大功率变频装置可靠工作的关键。目前在大功率变频装置IGBT驱动方面多采用不含短路保护功能电路或是IGBT短路保护模块芯片，没有短路保护功能的变频装置多采用HCPL-3120、FOD3120、ACPL-332等一类IGBT驱动芯片，驱动芯片内部集成了光电隔离电路和功率放大电路，直接在驱动端连接栅极电阻，该芯片不含IGBT保护功能，对IGBT过流故障不能有效的保护，如果发生短路故障易造成IGBT过热损坏，从而造成设备损坏等问题，而IGBT短路保护模块芯片又存在成本高的问题。
现有IGBT驱动电路的缺点是：
1.不含短路保护功能，无法对IGBT的短路故障进行保护。
2.采用短路保护模块芯片成本较高，且易受到产品供货方面的影响。
发明内容
为了克服已有大功率变频装置IGBT短路保护电路的不能兼顾保护功能和成本的不足，本发明提供一种电路简单、成本较低、可靠性高的大功率变频装置IGBT短路保护电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大功率变频装置IGBT短路保护电路，包括隔离驱动电路，所述隔离驱动电路的输入端与PWM控制信号源连接，所述隔离驱动电路包括第一隔离驱动芯片U01、第七电阻R07、第二二极管D02、第三电阻R03、第一三极管Q01、第五电阻R05和第六电阻R06，所述第一驱动芯片U01的输出端与第七电阻R07、第三电阻R03连接，所述第七电阻R07与第二二极管D02的阴极相连，所述第二二极管D02的阳极与IGBT的栅极输入端连接；所述第三电阻R03的另一端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与VCC电源相连，所述第一三极管的发射极与第五电阻R05、第六电阻R06的一端并联，所述第五电阻R05的另一端与IGBT的栅极相连，所述第六电阻R06的另一端与GND相连；
所述IGBT短路保护电路还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括第一电阻R01、第二电阻R02、第一电容C01、第一二极管D01、比较器芯片U02、第四电阻R04和第二三极管Q02，所述第一电阻R01的一端与隔离驱动芯片U01的输出端相连，所述第一电阻R01的另一端与第二电阻R02、比较器芯片U02的正向输入端连接；所述第二电阻R02的另一端与第一二极管D01的阳极；所述第一二极管D01的阴极和IGBT的集电极相连；所述比较器芯片U02的负向输入端作为短路电流阀值Vref的输入端，所述比较器芯片U02的输出端与第四电阻R04的一端相连；所述第四电阻R04的另一端与第二三极管Q02的基极相连；所述第二三极管Q02的集电极与第一三极管Q01的基极相连，所述第二三极管Q02的发射极与GND相连。
进一步，所述短路检测电路还包括光耦芯片U03，所述第二三极管Q02的集电极与短路故障输出的光耦芯片U03的负极输入相连，所述光耦芯片U03的正极与第一三极管Q01的基极相连，所述光耦芯片U03的输出端可接上位机信号作为短路故障输出；所述第三电阻R03的另一端与光耦芯片U03的输入正端连接。
再进一步，所述第一电阻R01和第二电阻R02之间的连接节点与第一电容C01的一端连接，所述第一电容C01的另一端与GND相连。
本发明通过检测IGBT饱和压降Vce，并通过比较器和输入的基准电压比较，并对IGBT进行软关断，防止IGBT由于电流变化率过大而造成的过压击穿。
大功率变频装置通过本发明在IGBT驱动电路的基础上，增加了IGBT导通集射极电压的检测和判断，可以实现短路保护功能，并对IGBT进行迅速关断，对上位机进行过流报警反馈，避免IGBT由于短路故障而造成的烧毁，可以实现设备故障能的判断，提高设备的可靠性。
本发明的有益效果主要表现在：
1.增加IGBT短路保护电路，可以在IGBT短路故障发生时起到有效的保护作用。
2.电路简单，成本低。并可以通过改变输入的基准电压Vref的方便的控制IGBT短路电流的阈值，从而更加方便的适配不同规格的IGBT，增加了电路的可移植性。
附图说明
图1是现有技术IGBT驱动电路的原理图。
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图2，一种大功率变频装置IGBT短路保护电路，包括隔离驱动电路，所述隔离驱动电路的输入端与PWM控制信号源连接，所述隔离驱动电路包括第一隔离驱动芯片U01、第七电阻R07、第二二极管D02、第三电阻R03、第一三极管Q01、第五电阻R05和第六电阻R06，所述第一驱动芯片U01的输出端与第七电阻R07、第三电阻R03连接，所述第七电阻R07与第二二极管D02的阴极相连，所述第二二极管D02的阳极与IGBT的栅极输入端连接；所述第三电阻R03的另一端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与VCC电源相连，所述第一三极管的发射极与第五电阻R05、第六电阻R06的一端并联，所述第五电阻R05的另一端与IGBT的栅极相连，所述第六电阻R06的另一端与GND相连；
所述IGBT短路保护电路还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括第一电阻R01、第二电阻R02、第一电容C01、第一二极管D01、比较器芯片U02、第四电阻R04和第二三极管Q02，所述第一电阻R01的一端与隔离驱动芯片U01的输出端相连，所述第一电阻R01的另一端与第二电阻R02、比较器芯片U02的正向输入端连接；所述第二电阻R02的另一端与第一二极管D01的阳极；所述第一二极管D01的阴极和IGBT的集电极相连；所述比较器芯片U02的负向输入端作为短路电流阀值Vref的输入端，所述比较器芯片U02的输出端与第四电阻R04的一端相连；所述第四电阻R04的另一端与第二三极管Q02的基极相连；所述第二三极管Q02的集电极与第一三极管Q01的基极相连，所述第二三极管Q02的发射极与GND相连。
所述短路检测电路还包括光耦芯片U03，所述第二三极管Q02的集电极与短路故障输出的光耦芯片U03的负极输入相连，所述光耦芯片U03的正极与第一三极管Q01的基极相连，所述光耦芯片U03的输出端可接上位机信号作为短路故障输出；所述第三电阻R03的另一端与光耦芯片U03的输入正端连接。
所述第一电阻R01和第二电阻R02之间的连接节点与第一电容C01的一端连接，所述第一电容C01的另一端与GND相连。
隔离驱动芯片内部集成了驱动IGBT所需的功率放大电路。所述隔离驱动芯片输入端与PWM控制信号连接，并通过功率放大电路将信号放大为可驱动IGBT的信号。
所述隔离驱动电路驱动端与IGBT栅极、短路保护检测电路相连，所述短路保护检测电路与IGBT集电极、短路故障输出电路相连。
当IGBT发生短路故障时，IGBT饱和压降Vce大于基准电压Vref(一般为2.5-3V)，比较器输出为高，第二三极管导通，第三芯片(光耦)导通，提供上位机短路故障信号，第一三极管关断，IGBT通过第六电阻放电，实现软关断。
大功率变频装置通过本发明在IGBT驱动基础上，通过对IGBT导通集射极电压的判断，实现短路保护功能，对IGBT进行软关断，防止IGBT由于电流你过大关断造成的损坏，并通过光耦对上位机短路故障输出，避免大功率变频装置因为短路故障而造成的烧毁，实现设备故障的判断，提高设备的可靠性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种大功率变频装置IGBT短路保护电路，包括隔离驱动电路，所述隔离驱动电路的输入端与PWM控制信号源连接，其特征在于：所述隔离驱动电路包括第一隔离驱动芯片U01、第七电阻R07、第二二极管D02、第三电阻R03、第一三极管Q01、第五电阻R05和第六电阻R06，所述第一驱动芯片U01的输出端与第七电阻R07、第三电阻R03连接，所述第七电阻R07与第二二极管D02的阴极相连，所述第二二极管D02的阳极与IGBT的栅极输入端连接；所述第三电阻R03的另一端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与VCC电源相连，所述第一三极管的发射极与第五电阻R05、第六电阻R06的一端并联，所述第五电阻R05的另一端与IGBT的栅极相连，所述第六电阻R06的另一端与GND相连；
所述IGBT短路保护电路还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括第一电阻R01、第二电阻R02、第一电容C01、第一二极管D01、比较器芯片U02、第四电阻R04和第二三极管Q02，所述第一电阻R01的一端与隔离驱动芯片U01的输出端相连，所述第一电阻R01的另一端与第二电阻R02、比较器芯片U02的正向输入端连接；所述第二电阻R02的另一端与第一二极管D01的阳极；所述第一二极管D01的阴极和IGBT的集电极相连；所述比较器芯片U02的负向输入端作为短路电流阀值Vref的输入端，所述比较器芯片U02的输出端与第四电阻R04的一端相连；所述第四电阻R04的另一端与第二三极管Q02的基极相连；所述第二三极管Q02的集电极与第一三极管Q01的基极相连，所述第二三极管Q02的发射极与GND相连。
2.如权利要求1所述的大功率变频装置IGBT短路保护电路，其特征在于：所述短路检测电路还包括光耦芯片U03，所述第二三极管Q02的集电极与短路故障输出的光耦芯片U03的负极输入相连，所述光耦芯片U03的正极与第一三极管Q01的基极相连，所述光耦芯片U03的输出端可接上位机信号作为短路故障输出；所述第三电阻R03的另一端与光耦芯片U03的输入正端连接。
3.如权利要求1或2所述的大功率变频装置IGBT短路保护电路，其特征在于：所述第一电阻R01和第二电阻R02之间的连接节点与第一电容C01的一端连接，所述第一电容C01的另一端与GND相连。
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