CN103066565A

CN103066565A - 一种用于保护过流与短路电路的系统

Info

Publication number: CN103066565A
Application number: CN 201110336629
Authority: CN
Inventors: 姜竹芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明属于电路领域，具体说是涉及一种用于保护过流与短路电路的系统，包括：I_SHUNT+、I_SHUNT-、分流器、晶体管、电容、电阻、高电平、驱动电路、保护信号，I_SHUNT+与I_SHUNT-安装在分流器的两端与晶体管的基极电路与分流器并联连接，I_SHUNT上设有电阻，电阻的前端设有电容，晶体管与电阻、电阻连接，电阻与高电平连接，电阻与保护信号连接，电阻和电容组成一个小惯量滤波器，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的，本发明元件少，成本低，占用PCB面积小；功率变换可靠稳定，抗干扰性强，保护速度快，实现了最有效的功率管保护，克服了现有缺点。

Description

一种用于保护过流与短路电路的系统

技术领域：

本发明属于电路领域，具体说是涉及一种用于保护过流与短路电路的系统。

背景技术：

目前常见的对IGBT的保护有以下几种方式：

1)：采用霍尔电流传感器检测功率变换装置的输出电流，设立限流阀值，用比较器进行比较，输出过流保护信号。

缺点：霍尔传感器工作在一个高辐射的环境中，输出的电流信号噪声大，容易造成系统误动作。同时霍尔器件非常昂贵，系统成本较高。同时还需要提供电源，有些器件还需要提供双电源。

2)：采用互感器检测电流，设立限流阀值，用比较器进行比较，输出过流保护信号。缺点：这种方法不能对直流电流进行检测。同时其响应速度慢，延时长，不能进行短路保护。

3)：采用分流器检测电流，对分流器信号进行运算放大，然后设立限流阀值，用比较器进行比较，输出过流保护信号。

缺点：占用线路板面积较多，需要一片运放和一片比较器，成本也较高。抗干扰性较差，系统有时会误动作。

4)：采用检测功率管管压降的方法，当功率管管压降升高到设定的阀值时，触发保护。

缺点：不同类型的功率管，管压降特性不同，同时还受工作温度的影响。电路通用性差。

5)：采用分流器直接检测，送给特定电路实现保护，如在小功率变频器中，如采用仙童的IPM模块(如FSBB20CH60)或三菱的IPM模块。这两个厂家的IPM模块技术特征是一致的，现仅以仙童模块为例进行分析。

缺点：

1：IGBT的下桥臂三个发射极管脚通过分流器接地，分流器产生的电压信号会对IGBT的门极驱动信号产生扰动；

2：8脚的触发电压很低，严重干扰下会误动作；

3：该种保护电路只能配合特定的模块，通用性差。

上述常见的对IGBT的保护，在工作中常常带来诸多不变，使用者也非常希望有理想的IGBT的保护问世。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用驱动电路与功率变换电路直接共地，分流器信号对功率驱动电路无扰动，分流器保护的电路，以最小的电路板布板面积，实现最有效的功率管保护的一种用于保护过流与短路电路的系统，以克服上述不足。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种用于保护的过流与短路电路的系统，包括：I_SHUNT+、I_SHUNT-、分流器、晶体管Q1、电容C1、电阻R1、R2、R3、高电平PVCC、驱动电路、保护信号OC，其特征在于：I_SHUNT+与I_SHUNT-安装在分流器的两端与晶体管Q1的基极电路与分流器并联连接，I_SHUNT-上设有电阻R1，电阻R1的前端设有电容C1，晶体管Q1与电阻R2、电阻R3连接，电阻R2与高电平PVCC连接，电阻R3与保护信号OC连接，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的；

具体保护IGBT的过流与短路电路的原理系统如下：

I_SHUNT+与I_SHUNT-接在分流器的两端，当分流器上的压降小于0.6V时，晶体管Q1关断，保护信号OC为高电平PVCC；当分流器上的压降大于0.6V时，晶体管Q1导通，保护信号OC被钳位到分流器的电平，一般分流器的电平与驱动电路的低电平一致，因此晶体管Q1导通时，保护信号OC为低电平，通过该电路，实现了保护触发信号的逻辑翻转；分流器R1和电容C1组成一个滤波器，滤除功率变换电路续流期间产生的尖峰；

具体原理是：晶体管Q1的基极电路与分流器并联，在晶体管Q1的1，2脚施加电压大于0.6V时，晶体管Q1导通翻转，产生一个由高向低的跳变，该逻辑信号用来进行过流和短路保护；

在本发明电路中，在上面的实际应用电路中可以看出，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的，是绝对等电位的，这样就避免了分流器上的压降对驱动电路的扰动，当分流器R6上的电压超过晶体管Q1的导通门限后，晶体管Q1导通翻转，输出保护信号OC信号，用作过流保护，根据功率变换电路的保护要求，合理选用分流器阻值，该电路可以很好的起到过流与短路的保护作用；所述的电阻R1和电容C1组成一个小惯量滤波器。

本发明应用在变频调速器，在电机绝缘破坏或接线导致输出短路时，CPU检测到保护信号下跳沿后，立即关断功率器件，保证了本机的安全，当故障状态修复后，变频器仍然正常工作；

本发明应用在大功率的特种逆变电源中，当逆变器过流时，通过光耦将该信号传递到CPU中，CPU被该信号触发短路与过流保护中断，关断功率变换器件，保护了本机的安全；本发明应用在PWM整流电路中，保护PWM整流器件的安全；本发明可以应用在所有由可关断功率器件组成的功率变换电路中，有效的实现功率器件的过流与短路保护。

本发明的有益效果：

1：本发明元件少，成本低，占用PCB面积小；

2：本发明驱动电路与功率变换电路直接共地，分流器信号对功率驱动电路无扰动，功率变换工作可靠稳定，而其他采用分流器保护的电路，在变换级的地与驱动级的地之间隔着分流器R6，分流器R6上的压降与噪声信号会对驱动信号产生扰动。这是本发明与现有过流与短路保护的明显区别，本发明实现了用最低的成本，最小的电路板布板面积，实现最有效的功率管保护，并解决了上述得缺点

3：本发明抗干扰性强，输出信号为逻辑信号，信号电压摆幅宽，抗干扰性好，同时电路采用双极性晶体管作为逻辑信号的控制器件，而双极性晶体管为电流驱动器件，因此对噪声电压信号具有很好的抗干扰能力，晶体管Q1的基极电路由于与分流器并联，因此输入阻抗极低，抗干扰能力强。

4：本发明保护速度快，基极电路的阻抗极低，因此延时很小，同时，分流器产生的门限触发信号，当晶体管从关断刀导通翻转时，产生正反馈，增大逻辑信号翻转的逻辑摆幅。在本电路中，器件很少，信号通过的级数很少，延时很少。

5：本发明该电路通用性强，不依赖特定的器件，对任何器件组成的功率变换电路均可以起到信号检测与保护的作用，稍加变换，就可以实现不同的极性输出，即可以直接输出保护信号给相关电路，也可以隔离输出保护信号。

附图说明：

图1是本发明保护过流与短路电路的示意图。

具体实施方式：

一种用于保护过流与短路电路的系统，包括：I_SHUNT+、I_SHUNT-、分流器、晶体管Q1、电容C1、电阻R1、R2、R3、高电平PVCC、驱动电路、保护信号OC，其特征在于：I_SHUNT+与I_SHUNT-安装在分流器的两端与晶体管Q1的基极电路与分流器并联连接，I_SHUNT-上设有电阻R1，电阻R1的前端设有电容C1，晶体管Q1与电阻R2、电阻R3连接，电阻R2与高电平PVCC连接，电阻R3与保护信号OC连接，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的；

具体保护IGBT的过流与短路电路的连接原理如下：

具体原理是：I_SHUNT+与I_SHUNT-接在分流器的两端，当分流器上的压降小于0.6V时，晶体管Q1关断，保护信号OC为高电平PVCC；当分流器上的压降大于0.6V时，晶体管Q1导通，保扩信号OC被钳位到分流器的电平，一般分流器的电平与驱动电路的低电平一致，因此晶体管Q1导通时，保护信号OC为低电平，通过该电路，实现了保护触发信号的逻辑翻转，电阻R1和电容C1组成一个小惯量滤波器，滤除功率变换电路续流期间产生的尖峰；

如图1所示，是本发明具体原理系统是，I_SHUNT+与I_SHUNT-接在分流器的两端，当分流器上的压降小于0.6V时，晶体管Q1关断，保护信号OC为高电平PVCC；当分流器上的压降大于0.6V时，晶体管Q1导通，保护信号OC被钳位到分流器的电平，一般分流器的电平与驱动电路的低电平一致，因此晶体管Q1导通时，保护信号OC为低电平。通过该电路，实现了保护触发信号的逻辑翻转。电阻R1和电容C1组成一个小惯量滤波器，滤除功率变换电路续流期间产生的尖峰。当在本发明电路中，在晶体管Q1的1，2脚施加电压大于0.6V时，晶体管Q1导通翻转，产生一个由高向低的跳变，该逻辑信号用来进行过流和短路保护；

在上面的实际应用电路中可以看出，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是接在一起的，是绝对等电位的，这样就避免了分流器上的压降对驱动电路的扰动。当分流器R6上的电压超过晶体管Q1的导通门限后，晶体管Q1导通翻转，输出保护信号OC信号，用作过流保护，根据功率变换电路的保护要求，合理选用分流器阻值，该电路可以很好的起到过流与短路的保护作用。总体应用实例为：

1)：本发明应用在变频调速器，在电机绝缘破坏或接线导致输出短路时，本电路动作，CPU检测到保护信号下跳沿后，立即关断功率器件，保证了本机的安全。当故障状态修复后，变频器仍然正常工作；

2)：本发明应用在大功率的特种逆变电源中，当逆变器过流时，本发明电路动作，通过光耦将该信号传递到CPU中。CPU被该信号触发短路与过流保护中断，关断功率变换器件，保护了本机的安全；

3)：本发明应用在PWM整流电路中，保护PWM整流器件的安全；

4)：本发明可以应用在所有由可关断功率器件组成的功率变换电路中，有效的实现功率器件的过流与短路保护。

Claims

1.一种用于保护过流与短路电路的系统，包括：I_SHUNT+、I_SHUNT-、分流器、晶体管Q1、电容C1、电阻R1、R2、R3、高电平PVCC、驱动电路、保护信号OC，其特征在于：I_SHUNT+与I_SHUNT-安装在分流器的两端与晶体管Q1的基极电路与分流器并联连接，I_SHUNT-上设有电阻R1，电阻R1的前端设有电容C1，晶体管Q1与电阻R2、电阻R3连接，电阻R2与高电平PVCC连接，电阻R3与保护信号OC连接，驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的。

2.根据权利要求1所述的一种用于保护过流与短路电路的系统，其特征在于：所述的驱动电路的信号地和功率变换的下桥臂的发射极是连接在一起的，是绝对等电位。