CN102761105B - 一种pwm控制电路的过流驱动保护保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子器件的驱动保护电路，特涉及一种PWM控制电路的过流驱动保护装置及方法。本发明通过增加驱动保护电路，实现了过流保护的“软关断”，消除了过流保护后,再开机就炸管现象!该发明实用、可靠、低成本，使脉冲变压器过电流也能实行软关断。

Description

一种PWM控制电路的过流驱动保护保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电力电子器件的驱动保护电路，特涉及一种PWM控制电路的过流驱动保护保护装置及方法。

背景技术

现代电力电子器件（P-MOS  IGBT）的应用越来越广，当发生过流时要及时保护，要在很短时间内（<10us）,迅速封锁脉冲输出，关闭功率器件！否则功率器件将彻底烧毁！

由于关断过快，产生了新的问题！电路中由于有电容电感的存在，过快的关闭将在功率开关器件两端产生很高的尖峰电压，该电压一超过器件的耐压值，该器件也就被击穿！

传统的技术引入了“慢速关断”，既在允许的短路时间内采取措施，使控制极电压由15V较慢地下降，达到过电流时慢速切断。（参考文献1第380页）

传统的各种“慢速关断”控制电路在开关功率器件端（高压端），为隔离，为过流保护，有的高要求就采用“专用驱动模快”，而大多数电路采用简单实用的脉冲变压器和光耦门极驱动电路。（参考文献1第366页）

传统的各种“慢速关断”控制电路由于在被隔离端：

1.要用高压器件，可靠性降低。

2.电路复杂，增加成本。

3.毎一路要有隔离电源。

4.由于光耦原因频率做不高。

这就是大多数产品没采用的原因！

而传统简单实用的脉冲变压器和光耦门极驱动电路根本就不具有过电流时慢速切断功能！即使检测出过流，并马上关闭（硬关断），功率开关器件十有八九会被击穿！

中国实用新型专利《功率变换器过流保护器》（申请号：CN02239635.7）所公开的是一种功率变换器过流保护器，包括电流互感器、电压比较器、单稳触发器、双稳触发器、PWM控制器，该专利的过流保护器可以避免功率开关管长期经受持续的过流冲击，从而使功率变换器既能可靠工作，又能有效地得到保护。但该专利文件并未采用驱动保护电路，实现脉冲变压器过电流软关断。

发明内容

针对技术背景中所涉及的问题，本发明通过增设驱动保护电路，消除了过流保护后，再开机就炸管现象。

本发明的技术方案是：一种PWM 控制电路的过流驱动保护保护方法，采用电磁隔离或光电隔离方法，将驱动保护电路与功率器件实行电压隔离，其特征在于：

步骤一、过流检查电路实时检测过流信号，没有过流信号时PWM 控制电路正常工作，步骤二、当检测到过流信号时，封锁PWM 控制电路的输出，同时驱动保护电路动作，推动控制极电压或者栅结电容电压在10us内逐步降到零。其有益效果是：1．简单 实用、可靠、低成本；2．使脉冲变压器过电流也能实行软关断；3．消除了过流保护后，再开机就炸管现象!

如上所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护方法，其特征在于：步骤一中所述PWM控制电路正常工作时PWM上升沿由二极管直通，下降沿则通过三级管或MOS（Q1）管控制导通。

如上所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护方法，其特征在于：步骤二中所述驱动保护电路动作为PWM上升沿由二极管直通，有过流信号后，关断三级管或MOS管的导通（Q1），通过电阻R1和R2逐步降低控制极电压或者栅结电容电压。

一种PWM控制电路的过流驱动保护保护装置，包括PWM控制电路、过流检测电路、驱动推动电路、功率器件，过流检测电路用于检查功率器件的电流，驱动推动电路驱动功率器件，其特征在于：还包括驱动保护电路，驱动保护电路与PWM控制电路、过流检测电路、 驱动推动电路相连接，当过流检测电路检测过流时，过流电路封锁PWM控制电路的输出和驱动保护电路动作。其有益效果是：1．简单 实用、可靠、低成本；2．使脉冲变压器过电流也能实行软关断；3. 消除了过流保护后,再开机就炸管现象!

如上所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护装置，其特征在于：驱动保护电路包括D1，Q1，Q3，R2，R,3，R4器件，

二极管D1连接在三级管Q1两端；

三极管Q3 的集电极与三极管Q1 的基极连接，三极管Q3 的射极接地；

电阻R3接三极管Q1的基极，电阻R3 的另一端接电源；

电阻R4 接三极管Q3 的基极，电阻R4 的另一端接过流信号；

电阻R2 接三极管Q1 的集电极，电阻R2 另一端接地；

三极管Q1的集电极接驱动电阻电阻R1，三极管Q1的射极接PWM控制电路；

二极管D1与晶体管三极管Q1串接于电阻R1和PWM控制电路。

如图2所示。

如上所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护装置，其特征在于：驱动保护电路包括二极管D1，MOS管Q1，三极管Q3，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电容C11 ；

二极管D1 连接在三极管Q1 两端；

MOS管Q1 的源极连接PWM控制电路，漏极连接电阻R1、电阻R2, 栅极连接三极管Q3 的集电极；

三极管Q3 基极接电阻R4，射极接地；电阻R4 的另一端接过信号；

电阻R3 接三极管Q3 集电极，电阻R3 的另一端接电源；

电阻R2 接MOS管Q1的漏极，电阻R2 另一端接地；

电容C11 接MOS管Q1漏极电阻R2，电容C11 另一端接地。

如图3所示。

如上所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护装置，其特征在于：驱动保护电路包括二极管D1A，二极管D1B，三极管Q1A，三极管Q1B，三极管Q3，电阻R2A，电阻R2B，电阻R3，电阻R4，电阻R7，电阻R8 ；

二极管D1A 连接在三极管Q1A集电极和发射极两端；三极管Q1A 的基极与电阻R7 相连接，电阻R7 的另一端与三极管Q3 的集电极相连接；

三极管Q1A 的射极与PWM控制电路A路相连，三极管Q1A 的集电极与电阻R2A、电阻R1A 相连，电阻R2 的另一端接地；二极管D1B 连接在三极管Q1B 两端；

三极管Q1B 的基极与电阻R8 相连接，电阻R8 的另一端与三极管Q3 的集电极相连接；三极管Q1B 的射极与PWM控制电路B路相连，

三极管Q1B 的集电极与电阻R1B、电阻R2B 相连，电阻R2B的另一端接地；电阻R3 与三极管Q3 的集电极相连，另一端接电源；

电阻R4 与三极管Q3 的基极相连，另一端与过流信号相连。

如图4所示。

附图说明

图1为变流电路中驱动保护电路方框原理示意图。

图2为电磁隔离驱动电路原理示意图。

图3为光电隔离驱动电路原理示意图。

图4为电磁隔离桥式驱动电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步的说明：

图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明的限制，此外没有必要按比例画出。

所述的PWM控制电路的过流驱动保护保护装置由PWM控制电路、 过流检测电路、 驱动推动电路、功率器件和本发明增设的过流驱动保护电路组成（如图1所示）。其中功率器件可以为P-MOS或IGBT器件。

本发明实施方案1：（电磁隔离驱动型）

电路如图2所示，分析如下：

1．正常工作：(没过流信号)

PWM脉冲上升沿经D1二级管、R1使Q2（N沟道MOSFET）正向快速导通，通过隔离变压器T输出。

PWM脉冲下降沿时，由于没过流信号,Q1正偏导通，Q2栅电压经R1 Q1快速拉低，使Q2迅速截止,这样输出一个完整的脉冲。

2. 过流保护:

首先有PWM脉冲上升沿经D1二级管、R1使Q2（N沟道MOSFET）正向导通,通过隔离变压器T输出。

检测到有过流现象时，过流信号输出高电平，封锁PWM输出，同时Q3导通，Q1截止。Q2上栅结电容没了快速放电通道，只能通过R2放电，选合适的R2值，使输出下降沿在小于10uS内逐步降下来，实现了软关断，达到了保护目的。

本发明实施方案2：（光电隔离驱动型）

电路如图3所示，分析如下：

1.  正常工作：(没过流信号)

PWM脉冲上升沿经D1二级管、R1使Q2（N沟道MOSFET）正向快速导通,通过光耦U输出。

PWM脉冲下降沿时,由于没过流信号,Q1正偏导通,Q2控制极电压经R1 Q1快速拉低,使Q2迅速截止,这样输出一个完整的脉冲。

2. 过流保护:

首先有PWM脉冲上升沿经D1二级管、R1使Q2（N沟道MOSFET）正向导通,通过隔离变压器T输出，同时C11充满电。

检测到有过流现象时，过流信号输出高电平，封锁PWM输出，同时Q3导通，Q1截止。C11电容电压没了快速放电通道，只能通过R1、R2放电，选合适的R1、R2、 C11值，使输出下降沿在小于10uS内逐步降下来，实现了软关断，达到了保护目的。

本发明实施方案3：（电磁隔离桥式驱动型）

可用于半桥 全桥硬开关电路，也可用于软开关电路，超前臂 滞后臂各用一套该电路。

电路如图4所示，分析如下：

1．不工作：（无输出）

PWM（A）（B）两端均输出低电平，Q5 Q7截止，无过流信号Q3也截止，Q1A、Q1B、Q2A、Q2B均导通。脉冲变压器两端都为高电位，电位差为零，故没有输出。

2. 正常工作：(没过流信号)

PWM（A）端脉冲上升沿经D1A二级管、R1使Q2A（P沟道MOSFET）反向快速截止,同时Q5（N沟道MOSFET）正向导通。

PWM（A）端脉冲下降沿时,由于没过流信号,Q1A正偏导通,Q2A栅电压经R1、 Q1快速拉低,使Q2A迅速导通,这样输出一个完整的脉冲，通过隔离变压器T输出。

    PWM（B）端脉冲输出工作过程与PWM（A）端脉冲工作类似故不在叙述。

3. 过流保护:

首先有PWM（A）或（B）端（只会有一路）脉冲上升沿经D1A或D1B二级管、R1A或R1B使Q2A或Q2B（P沟道MOSFET）反向快速截止,同时Q2A或Q2B（N沟道MOSFET）正向导通。

检测到有过流现象时，过流信号输出高电平，封锁PWM输出，同时Q3导通，Q1A、Q1B均截止。Q2A或Q2B上栅结电容电压没了快速放电通道，只能通过R2A或R2B放电，选合适的R2A、R2B值，使输出下降沿在小于10uS内逐步降下来，实现了软关断，达到了保护目的。

本发明人成功地把本发明应用于电焊电源，在实验时，传统的电焊机（电磁隔离驱动）在严重的短路过流时，虽能过流关断（硬关断），大多数开关功率器件还是被击穿！而用本发明的电焊机在严重的短路过流时，均能有效地保护开关功率器件，实行“慢速关断”，效果极佳。

综上所述，本发明能有效地过流隔离驱动保护，于传统的隔离驱动保护相比，具有很多优势，不失为一种好的过流保护新方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

参考文献1：（电力电子器件极其应用）李序葆  赵永健 编著

ISBN 7-111-05338-9。

Claims (4)

1.一种PWM 控制电路的过流驱动保护方法，采用电磁隔离或光电隔离方法，将驱动保护电路与功率器件实行电压隔离，其特征在于：

   步骤一、过流检查电路实时检测过流信号，没有过流信号时PWM 控制电路正常工作，步骤二、当检测到过流信号时，封锁PWM 控制电路的输出，同时驱动保护电路动作，推动控制极电压或者栅结电容电压在10us内逐步降到零；

   步骤一中所述PWM 控制电路正常工作时PWM 上升沿由二极管直通，下降沿则通过三极管或MOS管Q1控制导通；步骤二中所述驱动保护电路动作为PWM上升沿由二极管直通，有过流信号后，关断三极管或MOS管Q1的导通，通过电阻R1和R2逐步降低控制极电压或者栅结电容电压。

2.一种PWM 控制电路的过流驱动保护装置，包括PWM 控制电路、过流检测电路、驱动推动电路、功率器件，所述的驱动推动电路后连接电磁隔离驱动电路，过流检测电路用于检查功率器件的电流，驱动推动电路驱动功率器件，还包括驱动保护电路，驱动保护电路与PWM控制电路、过流检测电路、驱动推动电路相连接，当过流检测电路检测过流时，过流信号封锁PWM控制电路的输出和驱动保护电路动作，其特征在于：驱动保护电路包括二极管D1，三极管Q1，三极管Q3，电阻R2，电阻R3，电阻R4 器件，

二极管D1 连接在三极管Q1 两端；

三极管Q3 的集电极与三极管Q1 的基极连接，三极管Q3 的射极接地；

电阻R3接三极管Q1的基极，电阻R3 的另一端接电源；

电阻R4 接三极管Q3 的基极，电阻R4 的另一端接过流信号；

电阻R2 接三极管Q1 的集电极，电阻R2 另一端接地；

三极管Q1的集电极接驱动电阻电阻R1，三极管Q1的射极接PWM控制电路；

二极管D1与晶体管三极管Q1串接于电阻R1和PWM控制电路。

3. 一种PWM控制电路的过流驱动保护装置，包括PWM控制电路、过流检测电路、驱动推动电路、功率器件，所述的驱动推动电路后连接光电隔离驱动电路，过流检测电路用于检查功率器件的电流，驱动推动电路驱动功率器件，还包括驱动保护电路，驱动保护电路与PWM 控制电路、过流检测电路、驱动推动电路相连接，当过流检测电路检测过流时，过流信号封锁PWM 控制电路的输出和驱动保护电路动作，其特征在于：驱动保护电路包括二极管D1，MOS管Q1，三极管Q3，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电容C11 ；

二极管D1 连接在三极管Q1 两端；

MOS管Q1 的源极连接PWM控制电路，漏极连接电阻R1、电阻R2, 栅极连接三极管Q3 的集电极；

三极管Q3 基极接电阻R4，射极接地；电阻R4 的另一端接过信号；

电阻R3 接三极管Q3 集电极，电阻R3 的另一端接电源；

电阻R2 接MOS管Q1的漏极，电阻R2 另一端接地；

电容C11 接MOS管Q1漏极电阻R2，电容C11 另一端接地。

4. 一种PWM控制电路的过流驱动保护装置，包括PWM 控制电路、过流检测电路、驱动推动电路、功率器件，所述的驱动推动电路后连接电磁隔离桥式驱动，过流检测电路用于检查功率器件的电流，驱动推动电路驱动功率器件，还包括驱动保护电路，驱动保护电路与PWM控制电路、过流检测电路、驱动推动电路相连接，当过流检测电路检测过流时，过流信号封锁PWM控制电路的输出和驱动保护电路动作，其特征在于：驱动保护电路包括二极管D1A，二极管D1B，三极管Q1A，三极管Q1B，三极管Q3，电阻R2A，电阻R2B，电阻R3，电阻R4，电阻R7，电阻R8 ；

二极管D1A 连接在三极管Q1A集电极和发射极两端；三极管Q1A 的基极与电阻R7 相连接，电阻R7 的另一端与三极管Q3 的集电极相连接；

三极管Q1A 的射极与PWM控制电路A路相连，三极管Q1A 的集电极与电阻R2A、电阻R1A 相连，电阻R2 的另一端接地；二极管D1B 连接在三极管Q1B 两端；

三极管Q1B 的基极与电阻R8 相连接，电阻R8 的另一端与三极管Q3 的集电极相连接；三极管Q1B 的射极与PWM控制电路B路相连，

三极管Q1B 的集电极与电阻R1B、电阻R2B 相连，电阻R2B的另一端接地；电阻R3 与三极管Q3 的集电极相连，另一端接电源；

电阻R4 与三极管Q3 的基极相连，另一端与过流信号相连。