CN102347602B - 一种igbt保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种IGBT保护电路,连接IGBT驱动器和IGBT,所述IGBT驱动器包括IGBT初级驱动器,放大器;IGBT集电极连接母线电源;所述IGBT保护电路包括:第一电阻,第二电阻;第一开关管;第一控制模块,用于根据IGBT初级驱动器输出的初级驱动信号来控制第一开关管导通和关断,当IGBT的关断时间达到预设保护时间时,第一控制模块控制第一开关管导通; 以及另一种IGBT保护电路,包括第二控制模块和第二开关管;当IGBT驱动器的电源和母线电源没有同时加电压时,第二控制模块控制第二开关管导通;从而强制关断IGBT;这样避免了IGBT的损坏。

Description

-种IGBT保护电路
技术领域
[0001] 本发明属于电力电子领域,具体涉及一种IGBT保护电路。
背景技术
[0002] 绝缘栅双极晶体管(IGBT)是M0SFET与双极晶体管的复合器件。它既有功率 M0SFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点,又具有双极达林顿功率管(GT0)饱和电压 低、电流容量大、耐压高等优点,能正常工作于几十KHz频率范围内,故在较高频率的大、中 功率设备(如变频器、UPS电源、高频焊机等)应用中占据了主导地位。
[0003] IGBT是一个新型器件,由于其控制简单和高耐压、大电流输出特性,而且可用于高 频环境。所以得到迅速的发展和广泛的使用。由于其主要应用于大功率场合,使用环境相 对恶劣,所以对于IGBT的保护尤为重要。而IGBT模块最为脆弱的就是其栅极,对于其栅极 的保护也相对较多。目前市场上通用的保护方式是限流、过压和钳位保护,如图1所示:1为 IGBT驱动器或电路,2为IGBT栅极电阻,3为钳位电阻,4为过压保护,5为IGBT ;这些都可 以保证IGBT在正常工作状态的安全运行,但在IGBT由于驱动电压较高或导通压降过低所 导致其进入深度饱和导通时,在关断时所需要的时间会很长,对于IGBT模块会产生很大的 热阻,在高频应用时IGBT会因此而过热烧损;当应用在半桥电路时,由于其中一个IGBT关 断时间过长,会导致在另一个IGBT导通时还没有完全关断,这样会导致母线瞬间短路,从 而使会造成IGBT短路损坏。还有在一些应用时母线电压上电后控制电路还没加电,母线电 压会通过IGBT的米勒电容(Ccg,集电极与栅极电容)而使IGBT误导通。以及当IGBT在大 电流应用时其关断会产生较大的尖峰电压,其尖峰电压通过米勒电容反加于栅极,使IGBT 再次导通,这样都会造成IGBT的损坏。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是现有技术中由于驱动电压较高或导通压降过低所导致 其进入深度饱和导通时,关断时所需要的时间较长,从而导致IGBT损坏的问题。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
[0006] 一种IGBT保护电路,连接IGBT驱动器和IGBT,所述IGBT驱动器包括IGBT初级驱 动器,将IGBT初级驱动器输出的初级驱动信号进行放大的放大器;IGBT集电极连接母线电 源;所述IGBT保护电路包括:第一电阻,第二电阻;还包括:
[0007] 第一开关管;
[0008] 第一控制模块,用于根据IGBT初级驱动器输出的初级驱动信号来控制第一开关 管导通和关断,当IGBT的关断时间达到预设保护时间时,第一控制模块控制第一开关管导 通;
[0009] 所述放大器通过第一电阻与IGBT的栅极连接,第二电阻的两端连接IGBT的栅极 和发射极,第一控制模块的第一输入端连接放大器中的电源,第一控制模块的输出端连接 第一开关管的控制端,第一开关管的两端连接IGBT的栅极和发射极。
[0010] 本发明还提供另一种IGBT保护电路,连接IGBT驱动器和IGBT,IGBT的集电极连 接母线电源;所述IGBT保护电路包括:第一电阻,第二电阻;还包括:
[0011] 第二开关管;
[0012] 第二控制模块,用于根据IGBT驱动器的电源和母线电源控制第二开关管的导通 和关断;当IGBT驱动器的电源和母线电源均加电压时,第二控制模块控制第二开关管关 断。
[0013] 所述IGBT驱动器通过第一电阻与IGBT的栅极连接,第二电阻的两端连接IGBT的 栅极和发射极,第二开关管的两端连接IGBT的栅极和发射极。
[0014] 与现有技术相比本发明具有如下有益效果:本发明实施例提供的一种IGBT保护 电路,当IGBT的关断时间太长达到预设保护时间时,第一控制模块控制第一开关管导通, 从而强制关断IGBT ;另一种IGBT保护电路,当IGBT驱动器的电源和母线电源没有同时加 电压时,第二控制模块控制第二开关管导通,从而强制关断IGBT ;这样避免了 IGBT的损坏。
附图说明
[0015] 图1是现有技术IGBT保护电路原理图;
[0016] 图2是本发明IGBT保护电路第一实施例原理图;
[0017] 图3是本发明IGBT保护电路第二实施例原理图;
[0018] 图4是本发明IGBT保护电路第三实施例原理图;
[0019] 图5是本发明IGBT保护电路第四实施例原理图;
[0020] 图6是本发明IGBT保护电路第五实施例原理图;
[0021] 图7是本发明IGBT保护电路第六实施例原理图。
具体实施方式
[0022] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合 附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0023] 图2是本发明IGBT保护电路第一实施例原理图;一种IGBT保护电路,连接IGBT 驱动器10和IGBT,IGBT驱动器10包括IGBT初级驱动器101,将IGBT初级驱动器101输 出的初级驱动信号进行放大的放大器102 ;IGBT集电极连接母线电源;IGBT保护电路包括: 第一电阻11,第二电阻12 ;还包括:第一开关管16 ;第一控制模块15,用于根据IGBT初级 驱动器101输出的初级驱动信号来控制第一开关管16导通和关断,当IGBT的关断时间太 长达到预设保护时间时,第一控制模块15控制第一开关管16导通;放大器102通过第一电 阻11与IGBT的栅极连接,第二电阻12的两端连接IGBT的栅极和发射极,第一控制模块15 的第一输入端连接放大器102中的电源,第一控制模块15的输出端连接第一开关管16的 控制端,第一开关管16的两端连接IGBT的栅极和发射极。
[0024] 本实施例提供的一种IGBT保护电路,当IGBT的关断时间太长达到预设保护时间 时,第一控制模块控制第一开关管导通,从而强制关断IGBT ;这样避免了 IGBT的损坏。
[0025] 图3是本发明IGBT保护电路第二实施例原理图;在图1的基础上,第一控制模块 15包括:第三电阻152、第三开关管151、第一电容153 ;所述第三电阻152的两端分别连接 放大器102的电源和第三开关管151的一端,第三开关管151的另一端连接IGBT的发射极, 第三电阻152和第三开关管151的节点连接第一开管16的控制端,第三开关管151的控制 端连接IGBT初级驱动器101的输出,第一电容153的两端连接第一开关管16的控制端和 IGBT的发射极。
[0026] 第一开关管16是NM0S管;第三开关管151是NPN三极管;该保护电路还包括稳 压二极管13,所述稳压二极管的两端分别与IGBT的发射极和栅极连接,稳压二极管可以是 TVS 管。
[0027] 放大器102包括NPN三极管171和PNP三极管172, NPN三极管171的基极和PNP 三极管172的基极连接,NPN三极管171的发射极和PNP三极管172的发射极连接,NPN三 极管171的集电极与正电源连接,PNP三极管172的集电极与负电源或地连接。
[0028] 以下详细说明其工作原理:
[0029] 正常工作时由IGBT驱动器中10中的放大器102提供驱动信号,经过第一电阻11 来控制IGBT的开关。IGBT导通时,第三开关管151与NPN三极管171都处于导通状态,第 一开关管16则处于关断,用以保证导通信号加到IGBT栅极;IGBT关断时,第三开关管151 与NPN三极管171都处于关断状态,此时放大器的电源通过第三电阻152给第一电容153进 行充电,充电电压达到第一开关管16的导通门限值,第一开关管16就导通,IGBT进入强制 关断。放大器的电源通过第三电阻152给第一电容153进行充电时间和第一开关管16的 导通门限电压值决定了 IGBT最长关断时间,该时间即为预设保护时间,当IGBT的关断时间 达到预设保护时间时,第一控制模块控制第一开关管导通,从而强制关断IGBT ;这样避免 了 IGBT的损坏。
[0030] 图4是本发明IGBT保护电路第三实施例原理图;本图中含有两个图3的电路,两 个IGBT串联组成一个半桥应用电路,其中14的集电极连接母线电压,24的发射极连接母线 地。其工作原理与前所述相同,这样可以保证在上,下桥中的IGBT,在有其中一个导通时另 一个一定是关断状态;避免了 IGBT的损坏。
[0031] 图5是本发明IGBT保护电路第四实施例原理图;一种IGBT保护电路,连接IGBT 驱动器10和IGBT,IGBT的集电极连接母线电源;所述IGBT保护电路包括:第一电阻11,第 二电阻12 ;还包括:第二开关管40 ;第二控制模块30,用于根据IGBT驱动器的电源和母线 电源控制第二开关管40的导通和关断;当IGBT驱动器的电源和母线电源没有同时加电压 时,第二控制模块30控制第二开关管40导通。从而强制关断IGBT ;这样避免了 IGBT的损 坏。IGBT驱动器10通过第一电阻11与IGBT的栅极连接,第二电阻12的两端连接IGBT的 栅极和发射极,第二开关管40的两端连接IGBT的栅极和发射极。
[0032] 图6是本发明IGBT保护电路第五实施例原理图;在图5的基础上,第二控制模块 30包括:第一检测电路301,用于检测IGBT驱动器10的电源;第二检测电路302,,用于检 测母线电源的电压;与非门303,根据第一检测电路301和第二检测电路302控制第二开关 管40的导通和关断。
[0033] 图7是本发明IGBT保护电路第六实施例原理图。在图6的基础上,第一检测电路 301包括第五电阻R5,第五电阻R5的一端同时与IGBT驱动器10的电源和第六电阻R6 - 端连接,第五电阻R5的另一端与IGBT发射极连接,第六电阻的另一端与与非门303的第一 输入端连接。第六电阻R6的作用为限流,防止IGBT驱动器10的电源对与非门造成损坏。 第二检测电路302包括第四电阻R4、稳压管D1、第二电容C2 ;第四电阻R4的两端分别连接 母线电源和与非门303的第二输入端,稳压管D1和第二电容C2并联后的两端分别连接非 门303的第二输入端和IGBT的发射极。其中第二开关管是NMOS管。
[0034] 下面详述其工作原理:
[0035] 当IGBT驱动器10先加电,IGBT母线还没有加电时,IGBT驱动器10电源电压加 于第五电阻R5至与非门303的第一输入端,为高电平;而非门303的第二输入端由于没加 电压而为低电平,所以与非门303输出为高电平,第二开关管40导通,保证IGBT处于关断 状态。之后母线电源也加上电压,则与非门303的两个输入端都为高电平,则其输出为低电 平,第二开关管40关断,IGBT受IGBT驱动器控制处于待机状态,电路正常工作。这样就有 效的防止由高压母线与驱动电路没有同时上电而造成IGBT的误动作,导致IGBT的损坏。
[0036] 同理,当IGBT驱动器10没加电,IGBT母线已经加电时,母线电压通过第四电阻R4 限流后施加于稳压管D1和第二电容C2端至与非门303的第二输入端,其中一个输入端为 高电平,而另一输入端由于没加电压而为低电平,所以与非门303输出为高电平,第二开关 管40导通,保证IGBT处于关断状态。之后IGBT驱动器10也加上电压后,则与非门303的 两个输入端都为高电平,则其输出为低电平,第二开关管40关断,IGBT受IGBT驱动器控制 处于待机状态,电路正常工作。这样就有效的防止由高压母线与驱动电路没有同时上电而 造成IGBT的误动作,导致IGBT的损坏。
[0037] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种IGBT保护电路,连接IGBT驱动器和IGBT,所述IGBT驱动器包括IGBT初级驱 动器,将IGBT初级驱动器输出的初级驱动信号进行放大的放大器;IGBT集电极连接母线电 源;所述IGBT保护电路包括:第一电阻,第二电阻;其特征在于,还包括: 第一开关管; 第一控制模块,用于根据IGBT初级驱动器输出的初级驱动信号来控制第一开关管导 通和关断,当IGBT的关断时间达到预设保护时间时,第一控制模块控制第一开关管导通; 所述放大器通过第一电阻与IGBT的栅极连接,第二电阻的两端连接IGBT的栅极和发 射极,第一控制模块的第一输入端连接放大器中的电源,第一控制模块的输出端连接第一 开关管的控制端,第一开关管的两端连接IGBT的栅极和发射极; 所述第一控制模块包括:第三电阻、第三开关管、第一电容;所述第三电阻的两端分别 连接放大器的电源和第三开关管的一端,第三开关管的另一端连接IGBT的发射极,第三电 阻和第三开关管的节点连接第一开关管的控制端,第三开关管的控制端连接IGBT初级驱 动器的输出,第一电容的两端连接第一开关管的控制端和IGBT的发射极。
2. 根据权利要求1所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,所述第一开关管是NMOS 管;第三开关管是NPN三极管。
3. 根据权利要求1所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,还包括稳压二极管,所述稳 压二极管的两端分别与IGBT的发射极和栅极连接。
4. 根据权利要求1所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,放大器包括NPN三极管和 PNP三极管,NPN三极管的基极和PNP三极管的基极连接,NPN三极管的发射极和PNP三极 管的发射极连接,NPN三极管的集电极与正电源连接,PNP三极管的集电极与负电源或地连 接。
5. -种IGBT保护电路,连接IGBT驱动器和IGBT,IGBT的集电极连接母线电源;所述 IGBT保护电路包括:第一电阻,第二电阻;其特征在于,还包括: 第二开关管; 第二控制模块,用于根据IGBT驱动器的电源和母线电源控制第二开关管的导通和关 断;当IGBT驱动器的电源和母线电源没有同时加电压时,第二控制模块控制第二开关管导 通; 所述IGBT驱动器通过第一电阻与IGBT的栅极连接,第二电阻的两端连接IGBT的栅极 和发射极,第二开关管的两端连接IGBT的栅极和发射极。
6. 根据权利要求5所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,所述第二控制模块包括: 第一检测电路,用于检测IGBT驱动器的电源;第二检测电路,用于检测母线电源的电压;与 非门,根据第一检测电路和第二检测电路控制第二开关管的导通和关断。
7. 根据权利要求6所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,第一检测电路包括第五电 阻,第五电阻的一端同时与IGBT驱动器的电源和第六电阻一端连接,第五电阻的另一端 与IGBT发射极连接,第六电阻的另一端与与非门的第一输入端连接。
8. 根据权利要求6所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,第二检测电路包括第四电 阻、稳压管、第二电容;所述第四电阻的两端分别连接母线电源和与非门的第二输入端,稳 压管和第二电容并联后的两端分别连接非门的第二输入端和IGBT的发射极。
9. 根据权利要求5所述的一种IGBT保护电路,其特征在于,所述第二开关管是NMOS 管。
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