CN103066974B

CN103066974B - 具有检测功能的功率器件驱动电路

Info

Publication number: CN103066974B
Application number: CN201310038099.XA
Authority: CN
Inventors: 张长元; 胡顺全; 魏学森; 郭少明; 郭延冲; 石广保
Original assignee: Shandong Xinfeng Photoelectric Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103066974A

Abstract

本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管T1和光电耦合器IC2，Z1的阴极、阳极分别与D1的阳极、T1的基极相连接，IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC；驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T3和光电耦合器IC3，IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS。本发明的电路能够判断功率器件是否出现过流、异常导通或截止，并给予及时保护，防止了功率器件由于误导通或误关断造成的损坏。具有成本低、电路简单可靠、抗干扰能力强的特点，具有较强的适应性和推广性，可作为目前大功率电力电子器件驱动的优选电路。

Description

具有检测功能的功率器件驱动电路

技术领域

本发明涉及一种具有检测功能的功率器件驱动电路，更具体的说，尤其涉及一种可有效地检测出器件的过流、异常导通和截止的功率器件驱动电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展与成熟，大功率的电力电子器件，例如IGBT，IGCT，IEGT，Mosfet等也越来越多的应用到工业产品中。

目前的电力电子器件技术与制造工艺已经达到了很高的水平，但是电力电子器件得到可靠应用的有效保证就完全依赖于驱动电路和保护电路设计。目前通用的保护电路为采集Vcesat（导通压降）电压实现对电力电子器件电流的检测，实现过电流保护，但其对于驱动信号为低电平、但功率器件异常导通的状态不能有效检测。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可有效地检测出器件的过流、异常导通和截止的具有检测功能的功率器件驱动电路。

本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，包括过流检测电路和驱动信号反馈电路；所述过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管T1和光电耦合器IC2，Z1的阴极、阳极分别与D1的阳极、T1的基极相连接，T1的集电极经电阻R4与IC2的初级发光二极管相连接，IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC；D1的阴极与功率器件VT1相连接，驱动信号Ga经电阻R1、R2分别与功率器件VT1的控制端、D1的阳极相连接；所述驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T3和光电耦合器IC3，D2的阴极与D1的阴极相连接；Z2的阳极、阴极分别与T2的基极、D2的阳极相连接，T2的集电极经电阻R8与IC3的初级发光二极管相连接，IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS；所述Z2的阴极经电阻R6与驱动侧电源正极相连接。

本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，所述光电耦合器IC2和IC3的初级发光二极管的阳极均接于驱动侧电源正极上，次级光敏三极管的发射极均接于信号侧电源地上，次级光敏三极管的集电极分别经电阻R5、R9分别接于信号侧电源正极上；三极管T1和T2的发射极均接于驱动侧电源地上，基极分别经电阻R3、R7接于驱动侧电源地上；信号侧电源正极、驱动侧电源正极分别为+5V、+15V。

本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，包括具有隔离作用的驱动信号转化电路IC1和可编程逻辑电路IC4，驱动信号转化电路IC1用于将0～+5V的原始驱动信号Gs转化为-10～+15V的驱动信号Ga；过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈电路的输出信号FS均与可编程逻辑电路IC4的输入端相连接，可编程逻辑电路IC4的输出端产生原始驱动信号Gs；所述可编程逻辑电路IC4连接有主控设备或上位PC机。

本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路，设Vscmax为功率器件VT1导通压降的最大值，所述稳压管Z1和Z2的方向击穿电源均等于Vscmax。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的电路可用于IGBT或Mosfet等高速开关动作的电力电子功率器件的驱动，是一种IGBT或Mosfet等功率器件的驱动异常检测电路，主要特点是能够根据驱动发出的信号实时反馈IGBT或其他功率开关管的实际执行动作是否和驱动信号一致，同时检测IGBT或其他功率开关管的导通压降Vcesat的数值，判断功率开关管是否出现短路过流而给予及时的保护，防止功率开关管的由于误导通或误关断等造成的损坏。

（2）本发明提出的电路具有器件成本低，电路简单可靠，抗干扰能力强，具有较强的适应性和推广性，可作为目前大功率电力电子器件驱动的优选电路。

（3）可以通过改变Z1的选型，来自由调节对功率器件的保护界限，有效的保证了电路的实用性与适应性。

（4）通过时时检测电力电子开关器件的动作状态是否与驱动信号一致，能够有效检查出由于工艺或环境因素导致的接触不良、误驱动、干扰等原因产生的驱动异常现象。

附图说明

图1为本发明的驱动电路的电路图。

图中：1驱动信号转化电路IC1，2可编程逻辑电路IC4。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的具有检测功能的功率器件驱动电路的电路图，其分为过流检测电路和驱动信号反馈电路两部分。本发明的驱动电路有两套隔离电源，分别为信号侧电源和驱动侧电源，信号侧电源为Vcc_+5V、GND；信号侧电源为Vcc_+15V、Vcc_-10V和Vcc_0V。

过流检测电路由二极管D1、稳压管Z1、三极管T1、光电耦合器IC2以及电阻R2、R3、R4和R5组成；所示的稳压管Z1的阳极、阴极分别于T1的基极、D1的阳极相连接，Z1的阴极经R2后与驱动信号Ga相连接；D1的阴极（C点）与功率器件VT1相连接，例如接于功率器件IGBT的集电极上，对于可控整流和逆变电路来说，C点与直流母线或输出端相连接。T1的发射极、T1的基极经电阻R3均接于Vcc_0V上，T1的集电极经电阻R4后接于光电耦合器IC2的初级发光二极管上；IC2次级光敏三极管的集电极经电阻R5接于Vcc_+15V上，发射极接于GND上，IC2次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC。驱动信号转化电路IC11用于将0～5V的原始驱动信号Gs转化为-10～+15V的驱动信号Ga，并具有光电隔离的作用。

驱动信号反馈电路有二极管D2、稳压管Z2、三极管T2、光电耦合器IC3以及电阻R6、R7、R8和R9组成，所示的稳压管Z2的阳极、阴极分别与T2的基极、D2的阳极相连接，Z2的阴极经上拉电阻R6接于Vcc_+15V上，D2的阴极与D1的阴极相连接。T2的发射极、T2的基极经R7后接于Vcc_0V上，T2的集电极经R8接于IC3的初级发光二极管上；IC3次级光敏三极管的集电极经R9基于Vcc_+5V上，发射极接于GND上，IC3次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS。过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈电路的输出信号FS均与可编程逻辑电路IC42的输入端相连接，可编程逻辑电路IC42的输出端产生原始驱动信号Gs；可编程逻辑电路IC42可实现对信号SC、FS和Gs运算和处理，对功率器件的运行状态做出判断，并可将信息上传至主控设备或上位PC机上；当出现过流或驱动异常时，其可将Gs信号封锁。设Vscmax为功率器件VT1导通压降的最大值，所述稳压管Z1和Z2的反向击穿电压均应选为Vscmax。

在驱动信号Ga为高电平时：

（1）如果VT1在R1的限流下（IGBT或Mosfet等开关管）正常导通。对于过流检测电路来说，信号Ga会通过R2，D1、VT1产生一个通路电流，此时A点对Vcc_0V的电位为D1的导通压降（Vd1）与VT1的导通压降(Vcesat)之和，A点电位记为Vsc，则Vsc=Vd1+Vcesat。此时的A点电压会低于Z1的反向击穿电压，Z1、T1均处于截止状态，输出信号SC保持高电平不便。对于驱动信号反馈电路来说，B点的电压也等于D1的导通压降（Vd1）与VT1的导通压降(Vcesat)之和，为Vd1+Vcesat。此时的B点电压会低于Z2的反向击穿电压，Z2、T2均处于截止状态，输出信号FS为高电平。

（2）如果VT1未能正常导通（例如驱动信号线未能可靠连接），而是处于截止状态；此时C点的点位为正常的母线电压，D1、D2均处于截止状态，B点的电压被电阻R6上拉至Vcc_+15V，A点的电压等于驱动信号Ga的高电平电压Vcc_+15V，此时Z1、T1和Z2、T2均会处于导通状态，输出信号FS、SC均为低电平信号。

（3）如果VT1在R1的限流下正常导通，VT1导通后出现大于设计的电流限值，此时Vcesat会变大，当A点和B点电位出现大于Vscmax时，此时Z1、T1和Z2、T2均会处于导通状态，输出信号FS、SC均为低电平信号。此时可检测出VT1出现过流异常现象。

当驱动信号Ga为低电平时：

（1）如果VT1按正常情况处于截止状态，则C点电位为正常的母线电压；D1和D2均处于截止状态，A点为驱动信号Ga的低电平信号，Z1、T1处于截止状态，输出信号SC为高电平。B点被电阻R6上拉至Vcc_+15V，Z2、T2处于导通状态，输出信号FS为低电平。

（2）如果VT1没有按正常情况处于截止状态，而是处于导通状态（例如：由于外部干扰或VT1本身原因使得VT1异常开通），A点、B点的电位均为Vd1+Vcesat，此时Z1、T1和Z2、T2均会处于截止状态，输出信号FS、SC均为高电平。

如表一所示，给出了输入信号Ga、输出信号SC和FS的不同逻辑状态，所对应的VT1状态。

表一

Ga	SC	FS	VT1状态
				高	高	高	正常导通
高	低	低	过流或异常截止
				低	高	低	正常截止
低	高	高	异常导通

由表一可以看出，对于现有的过流检测电路来所，如果单纯依靠判断输出信号SC是否被置为低电平，来判断功率器件发生过流或驱动异常，是不合理的；因为其判断不出当Ga为低电平但异常导通的状态，通过增设驱动信号反馈电路之后，有效地解决了这一问题。

本发明可用于IGBT或Mosfet等高速开关动作的电力电子功率器件的驱动，能够根据驱动发出的信号实时反馈IGBT或其他功率开关管的实际执行动作是否和驱动信号一致，同时检测IGBT或其他功率开关管的导通压降Vcesat的数值，判断功率开关管是否出现短路过流而给予及时的保护，防止功率开关管的由于误导通或误关断等造成的损坏具有器件成本低，电路简单可靠，抗干扰能力强，具有较强的适应性和推广性，可作为目前大功率电力电子器件驱动的优选电路。

Claims

1.一种具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于：包括过流检测电路和驱动信号反馈电路；

所述过流检测电路包括二极管D1、稳压管Z1、三极管T1、电阻R4、光电耦合器IC2、电阻R3、电阻R5、电阻R1、电阻R2和功率器件VT1，稳压管Z1的阴极、阳极分别与二极管D1的阳极、三极管T1的基极相连接，三极管T1的集电极经电阻R4与光电耦合器IC2的初级发光二极管的阴极相连接，光电耦合器IC2的次级光敏三极管的集电极形成过流检测电路的输出信号SC；二极管D1的阴极与功率器件VT1的漏极相连接，驱动信号Ga经电阻R1、电阻R2分别与功率器件VT1的控制端、二极管D1的阳极相连接；

所述驱动信号反馈电路包括二极管D2、稳压管Z2、三极管T2、电阻R6、电阻R8、电阻R7、电阻R9和光电耦合器IC3，二极管D2的阴极与二极管D1的阴极相连接；稳压管Z2的阳极、阴极分别与三极管T2的基极、二极管D2的阳极相连接，三极管T2的集电极经电阻R8与光电耦合器IC3的初级发光二极管的阴极相连接，三极管T2的发射极接于Vcc_0V上，三极管T2的基极经电阻R7后接于Vcc_0V上，光电耦合器IC3的次级光敏三极管的集电极形成驱动信号反馈电路的输出信号FS；所述稳压管Z2的阴极经电阻R6与驱动侧电源正极相连接；

所述光电耦合器IC2和光电耦合器IC3的初级发光二极管的阳极均接于驱动侧电源正极上，次级光敏三极管的发射极均接于信号侧电源地上，次级光敏三极管的集电极分别经电阻R5、电阻R9分别接于信号侧电源正极上；三极管T1和三极管T2的发射极均接于驱动侧电源地上，基极分别经电阻R3、电阻R7接于驱动侧电源地上；信号侧电源正极、驱动侧电源正极分别为+5V、+15V。

2.根据权利要求1所述的具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于：包括具有隔离作用的驱动信号转化电路IC1（1）和可编程逻辑电路IC4（2），驱动信号转化电路IC1用于将0～+5V的原始驱动信号Gs转化为-10～+15V的驱动信号Ga；过流检测电路的输出信号SC、驱动信号反馈电路的输出信号FS均与可编程逻辑电路IC4的输入端相连接，可编程逻辑电路IC4的输出端产生原始驱动信号Gs；所述可编程逻辑电路IC4连接有主控设备或上位PC机。

3.根据权利要求1所述的具有检测功能的功率器件驱动电路，其特征在于：设Vscmax为功率器件VT1导通压降的最大值，所述稳压管Z1和稳压管Z2的反向击穿电压均应选为Vscmax。