CN1024733C - 能保护半导体开关的驱动器 - Google Patents

Abstract

能保护半导体开关(IGBT、MOS、GTR、MCT、SIT、GTO)的驱动器，由比较电路5、4、单稳触发电路18、开通电路10、关断电路11、慢关断电路12、延时电路14、延时关闭电路7等半导体电路构成。

其成本低，不用电流传感器，能在各种条件下准确识别不同值过电流、短路电流，且能可靠抑制关断反压，以同一光耦输出过流和短路信号，以实现各种不同方式保护，充分利用及可靠保护半导体开关。

适用于各种变流器、逆变器、交、直流电机变频调速器、开关电源、焊接电源等装置中的电力电子器件的驱动和智能保护。

Description

本发明涉及能保护被驱动的半导体开关1（如IGBT、MOS、GTR、MCT、SIT、GTO）不被过电流过电压或短路电流所损坏的驱动器。

半导体开关在过流过压或短路时易损坏。《国外电气自动化》杂志91年5期《逆变器回路中IGBT模块的保护技术》一文，述及日本富士公司产品EXB系列驱动器通过监测IGBT的通态压降识别短路电流，用慢关断电路关断短路电流来保护IGBT。由于该产品不能鉴别不同值过电流、短路电流，就无法实现对过电流和短路电流的不同方式保护。该产品在慢关断过程中输入关断信号会破坏慢关断保护而损坏器件。

本发明要推出能通过监测半导体开关1的通态压降就鉴别出不同值过电流、短路电流，以实现对过电流和短路电流的不同方式保护的驱动器，其在慢关断过程中输入关断信号也能实现慢关断保护。

在本发明的驱动器2中包含：连接在驱动器2的输入与输出之间的开关电路3，监测半导体开关1的通态压降识别过电流的监测电路（如比较电路）4，监测半导体开关1的通态压降识别高值过电流（以下称为短路电流）的监测电路（如比较电路）5，监测电路4的输出通过关闭电路6或延时关闭电路7连接监测电路5或其输入或输出电路。监测电路4的输出能够通过关闭电路6或延时关闭电路7关闭或延时关闭监测电路5或其输入或输出，使监测电路5在出现过电流至其或其的输入或输出被监测电路4的输出所关闭这段时间识别短路电流或输出监测信号。监测电路4和5的输入可以通过二极管8或电阻连接半导体开关1的一端（如集电极），监测半导体开关1的通态压降。开关电路3中的开关电压可以通过开通电路15或延时电路14连接监测电路5或4和5或其输入或输出电路，开通电路15或延时电路14在开关电路3输出开通信号时或 延时一段时间以后使监测电路5或4和5进行监测或输出信号。监测电路4的输出可以连接或通过延时电路9或通过驱动器2外面的关闭电路6或延时关闭电路7（关闭电路6或延时关闭电路7设置在驱动器2的外面）连接开关电路3，使开关电路3在监测电路5或其输入或输出被关闭以后关断半导体开关1，实现过电流保护。监测电路5的输出可以通过开关电路3关断半导体开关1，实现短路保护。开关电路3的输出部份可以由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，监测电路4或5的输出可以连接或通过电路13连接关断电路11，监测电路4或5的输出使关断电路11不能或延时进行关断输出，以保障开通电路10、慢关断电路12在各种情况下（如在慢关断过程中输入关断信号）都能对过电流或短路电流实现慢关断保护。监测电路4和5的输出可连接同一输出元件16（如光耦17），在同一路输出中以不同值信号分别输出过电流和短路电流信号，以简化构造。开关电路3中可连有单稳触发电路18，使驱动器2在输入窄脉宽开通信号时能监测和保护。监测电路4或5可通过维时电路（如单稳触发电路）19输出，以保障最小输出脉宽。

本发明中的延时电路可由电阻和半导体元件（如晶体管99、43或96）构成，用半导体元件的延迟时间为延时时间，使延时可靠和易于集成化制造。本发明中的元件和电路都可以是半导体元件、无源元件或由其所组成，都能制成集成电路。以下结合产品实例予以逐步说明。

图1、2、3是本发明驱动器2的三种框图，图4、5分别是本发明用于驱动IGBT或MOSFET（半导体开关1）的二种驱动器2的产品电路图。

图1中，开关电路3连接在驱动器2的输入与输出之间，监测电路4和5的输入经二极管8连接半导体开关1的一端（如集电极），监测电路4的输出通过关闭电路6（A线）或延时关闭电路7（B线）连接监测电路5。

图2中，开关电路3中的开关电压通过开通电路15（C线）或延时电路14（D线）连接监测电路5（E线）或4和5（E线和F线），其余部份同图1。

图3中，开关电路3中的开关电压通过由电阻20构成的开通电路15连接比较电路（监测电路）4和5的输入电路，比较电路4的输出通过驱动器2外面的关闭电路6（G线）或延时关闭电路7（H线）（关闭电路6或延时关闭电路7设置在驱动器2的外面）连接开关电路3，同时通过开关电路3、电阻20连接比较电路5的输入电路。比较电路5在出现过电流至其的输入被比较电路4的输出所关闭这段时间识别短路电流，其通过二极管21、电阻22、电容23和单稳触发电路19输出短路信号，通过电阻54、晶体管24、25和开关电路3关断半导体开关1实现短路保护。

图4的驱动器2中：由电阻28、29、晶体管41、42构成的开通电路10、由电阻32～35、晶体管44～46构成的关断电路11和由电阻70～72、晶体管73构成的慢关断电路12构成开关电路3的输出部份，由电阻48～50、晶体管52、53、二极管75构成的比较电路4经二极管8连接半导体开关1（MOS）的漏极，比较电路4经晶体管74连接开通电路10，比较电路4经电路13（电阻30、晶体管43）连接关断电路11。短路电流时，比较电路4经电路13使关断电路11不能接通关断输出，保障开通电路10、慢关断电路12使MOS慢关断，此时输入的关断信号不能破坏慢关断。

图5的驱动器2中：由电阻48～51、晶体管52、98、二极管75～77构成的比较电路5和由电阻55～57、78、晶体管58、79、二极管80～82构成的比较电路4经二极管8连接半导体开关1（IGBT）集电极;由电阻83～86、晶体管87、电容88构成的延时电路14经半导体开关（晶体管89）连接比较电路5和4的输入端，由电阻26～35、70～72、晶体管40～46、二极管91、92构成的开关电路3中的开关电压经二极管90连接延时电路14的输入端;比较电路4的输出经由晶体管87、89、电 容88构成的延时关闭电路7连接比较电路5的输入端;比较电路5和4的输出分别经电阻94、95连接光耦17，又经晶体管96连接由电阻28、29、晶体管41、42构成的开通电路10;比较电路5的输出通过电路13又是维时电路19（电阻97、晶体管99、43）连接由电阻32～35、晶体管44～46构成的关断电路11;开关电路3中连接有由电阻31、47、电容38、晶体管43、40、二极管92构成的单稳触发电路18，电阻47、电容38为反馈和定时回路。延时电路14在开通信号经光耦93输入开关电路3时延时一段时间后使晶体管89接通比较电路5和4;过电流时，比较电路4经延时关闭电路7关断比较电路5，经光耦17以低电流输出过流信号，经晶体管96和开通电路10使由电阻70～72、晶体管73构成的慢关断电路12慢关断IGBT;短路电流时，比较电路5在延时关闭电路7的延时期间识别短路电流，经光耦17以高电流输出短路信号，经电路13使关断电路11于输入关断信号时延时关断输出，保障慢关断IGBT和保证短路信号输出有足够脉宽。经L线连接晶体管36可构成零电压开关驱动器。电容39连接在晶体管58输入端以延迟比较电路4的监测时间、增加比较电路5监测短路电流的时间，保证其有足够的时间识别短路电流。

本发明的优点是：在各种情况下都能够在驱动器中通过监测半导体开关1的通态压降分别检测出过电流和短路电流，输出其信号，实现对过电流和短路电流的不同方式的可靠保护，充分利用半导体开关;输入窄脉宽开通信号或在慢关断过程中输入关断信号其都能实现慢关断保护;其保护反应快、构造简单、易于集成化制造和易于应用。

Claims (7)

1、能保护半导体开关的驱动器2，其中包含：连接在驱动器2的输入与输出之间的开关电路3，监测半导体开关1的通态压降识别过电流的监测电路(如比较电路)4，监测半导体开关1的通态压降识别高值过电流(以下称为短路电流)的监测电路(如比较电路)5，其特征是：监测电路4的输出通过关闭电路6或延时关闭电路7连接监测电路5或其输入或输出电路。

2、如权利要求1所述的驱动器2，其特征是：监测电路4或5的输入通过二极管8或电阻连接半导体开关1的一端（如集电极）。

3、如权利要求2所述的驱动器2，其特征是：开关电路3中的开关电压通过开通电路15或延时电路14连接监测电路5或4和5或其输入或输出电路。

4、如权利要求1、2、3所述的驱动器2，其特征是：监测电路4的输出连接或通过延时电路9或通过驱动器2外面的关闭电路6或延时关闭电路7（关闭电路6或延时关闭电路7设置在驱动器2的外面）连接开关电路3。

5、如权利要求1、2、3所述的驱动器2，其特征是：开关电路3的输出部份由开通电路10、关断电路11、慢关断电路12构成，监测电路4或5的输出连接或通过电路13连接关断电路11。

6、如权利要求1、2、3所述的驱动器2，其特征是：监测电路4和5的输出连接同一输出元件16（如光耦17）。

7、如权利要求4所述的驱动器2，其特征是：驱动器2中的延时电路由电阻和半导体元件（如晶体管）构成。

Images