CN103337835A - 一种用于igbt的故障保护与自复位电路 - Google Patents

一种用于igbt的故障保护与自复位电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于IGBT的故障保护与自复位电路，所述电路包括依次连接的故障锁存电路、故障报警封锁电路和自复位电路。当检测到IGBT故障时，故障锁存电路把故障状态锁存并向外发出故障信号；然后故障报警封锁电路进行报警同时封锁IGBT；最后当故障消失或排除后自复位电路判定复位条件是否满足，如果满足则发出复位信号，解除故障锁存、报警和IGBT的封锁状态。本发明在检测IGBT故障信号后，能够及时有效的对IGBT的故障进行报警、并直接封锁IGBT，同时锁存故障状态，防止在故障被排除前IGBT误导通。直至故障消失后自动复位清除故障状态。本发明电路属于模块化设计，输入故障数量可以根据实际应用情况进行扩展，被保护的IGBT数量也可扩展，利于推广应用。

Description

一种用于IGBT的故障保护与自复位电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于IGBT的故障保护与自复位电路。
背景技术
绝缘栅双极晶体管IGBT是第三代电力电子器件，它集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40kHz)的特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。但在使用过程中经常会因操作设备操作不当或者设备工作异常而导致IGBT故障甚至发生爆炸。如，IGBT的过流故障，短路故障，驱动故障，过温故障，VCE过压故障等。IGBT发生上述故障时，短时间内就会损坏，所以故障保护封锁一定要及时有效，而且要防止故障的重复发生。所以IGBT的保护电路在IGBT的应用设计中是至关重要的，它能提高设备的可靠性和安全性。现有的IGBT故障保护通常都是把检测到的故障信号传给CPU，然后CPU封锁IGBT的驱动信号。或者由软件检测故障信息，然后CPU封锁。这样故障保护时间较长，使得IGBT发生故障时不能及时被保护。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于IGBT的故障保护与自复位电路，在检测IGBT故障信号后，能够及时有效的对IGBT的故障进行报警、并直接封锁IGBT，同时锁存故障状态，防止在故障被排除前IGBT误导通。直至故障消失后自动复位清除故障状态。本发明电路属于模块化设计，输入故障数量可以根据实际应用情况进行扩展，被保护的IGBT数量也可扩展。利于推广应用。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种用于IGBT的故障保护与自复位电路，所述电路包括依次连接的故障锁存电路、故障报警封锁电路和自复位电路。
所述故障锁存电路包括RS锁存器和外围电路，IGBT发生故障时，所述RS锁存器锁存IGBT故障信号，并将IGBT故障信号经锁存后进行电平转换得到的故障信号发送给故障报警封锁电路。
所述故障报警封锁电路包括电平转换芯片、二极管组成的或门电路、场效应管和驱动电路；通过RS锁存器进行电平转换得到的故障信号经过所述电平转换芯片进行电平转换，然后经过所述或门电路输出/S_ERR综合故障信号；
所述/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号，IGBT发生故障时，D_BLK故障封锁信号为高电平，场效应管导通，经驱动电路发出的IGBT驱动信号为低电平，IGBT被封锁；所述故障报警封锁电路将IGBT驱动信号发送给自复位电路。
所述/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号的同时，连接故障报警灯，进行故障状态的报警。
所述/S_ERR综合故障信号作为故障信号向上位机报警。
所述自复位电路包括二极管组成的与门电路、非门电路芯片和与非门电路芯片，所述IGBT驱动信号经过所述与门电路进行逻辑与运算，得到的信号经非门电路芯片进行电平转换后，与IGBT故障信号进行逻辑与运算，输出的信号与/S_ERR综合故障信号通过与非门电路芯片进行逻辑与运算，得到的信号再经过电平转换，最终输出/R_CLR故障状态置位信号，所述/R_CLR故障状态置位信号输入RS锁存器，决定故障锁存电路的故障状态锁存和故障状态清零。
所述自复位电路判定是否满足复位条件，若满足则输出复位信号，解除故障状态锁存、故障报警和IGBT的封锁。
所述复位条件包括上位机无驱动信号发出、IGBT故障消失以及IGBT处于故障封锁状态，三者缺一不可，只有同时满足，自复位电路才会输出复位信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、响应速度快，能够及时对发生故障的IGBT进行保护；
2、故障时，直接硬件封锁IGBT的驱动信号输入，可靠性高；
3、实现了IGBT故障状态的锁存，防止IGBT故障的反复发生，且便于故障排查；
4、实现了IGBT故障状态自复位；
5、输入的故障数量可扩展；
6、被保护的IGBT数量可扩展。
附图说明
图1是本发明实施例中故障保护与自复位电路框图；
图2是本发明实施例中故障锁存电路结构图；
图3是本发明实施例中故障报警封锁电路结构图；
图4是本发明实施例中自复位电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种用于IGBT的故障保护与自复位电路，包括依次连接的故障锁存电路、故障报警封锁电路和自复位电路。
如图2，所述故障锁存电路包括RS锁存器U1和外围电路，IGBT发生故障时，所述RS锁存器U1锁存IGBT故障信号，即锁存故障1、故障2和故障3，并将IGBT故障信号经锁存后进行电平转换得到的故障信号/故障1、/故障2和/故障3发送给故障报警封锁电路。
VCC是系统电源（为高电平）；GND是系统“地”（为低电平）；故障1、故障2和故障3是IGBT故障信号，低电平代表故障状态；/故障1、/故障2和/故障3是经锁存后发出的故障信号，电平与输入信号相反；/R_CLR是故障状态置位信号，它决定锁存电路的故障锁存和故障清零状态。
如图3，故障报警封锁电路包括电平转换芯片U2、二极管D2、D4和D6组成的或门电路、场效应管Q1和驱动电路；通过RS锁存器进行电平转换得到的故障信号/故障1、/故障2和/故障3经过电平转换芯片U2进行电平转换，然后经过二极管D2、D4和D6组成的或门电路输出/S_ERR综合故障信号；只要发生任意一个故障都能触/S_ERR信号。
/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片U2进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号，IGBT发生故障时，D_BLK故障封锁信号为高电平，场效应管Q1导通，经驱动电路发出的IGBT驱动信号1-IGBT驱动信号6均为低电平，IGBT被封锁；故障报警封锁电路将IGBT驱动信号发送给自复位电路。
/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片U2进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号的同时，连接故障报警灯，进行故障状态的报警。当故障时红灯亮，无故障时绿灯亮。
所述/S_ERR综合故障信号作为故障信号向上位机报警。
如图4，自复位电路包括二极管D18和D20-D24组成的与门电路、非门电路芯片U3和与非门电路芯片U4IGBT驱动信号1-IGBT驱动信号6经过二极管D18和D20-D24组成的与门电路进行逻辑与运算，得到的信号经非门电路芯片U3进行电平转换后，与故障1、故障2和故障3进行逻辑与运算，输出的信号与/S_ERR综合故障信号通过与非门电路芯片U4进行逻辑与运算，得到的信号再经过电平转换，最终输出/R_CLR故障状态置位信号，/R_CLR故障状态置位信号输入RS锁存器U1，决定故障锁存电路的故障状态锁存和故障状态清零。
所述自复位电路判定是否满足复位条件，若满足则输出复位信号，解除故障状态锁存、故障报警和IGBT的封锁。
所述复位条件包括上位机无驱动信号发出、IGBT故障消失以及IGBT处于故障封锁状态，三者缺一不可，只有同时满足，自复位电路才会输出复位信号。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述电路包括依次连接的故障锁存电路、故障报警封锁电路和自复位电路。
2.根据权利要求1所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述故障锁存电路包括RS锁存器和外围电路，IGBT发生故障时，所述RS锁存器锁存IGBT故障信号，并将IGBT故障信号经锁存后进行电平转换得到的故障信号发送给故障报警封锁电路。
3.根据权利要求1所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述故障报警封锁电路包括电平转换芯片、二极管组成的或门电路、场效应管和驱动电路；通过RS锁存器进行电平转换得到的故障信号经过所述电平转换芯片进行电平转换，然后经过所述或门电路输出/S_ERR综合故障信号；
所述/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号，IGBT发生故障时，D_BLK故障封锁信号为高电平，场效应管导通，经驱动电路发出的IGBT驱动信号为低电平，IGBT被封锁；所述故障报警封锁电路将IGBT驱动信号发送给自复位电路。
4.根据权利要求3所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述/S_ERR综合故障信号经过电平转换芯片进行电平转换后输出D_BLK故障封锁信号的同时，连接故障报警灯，进行故障状态的报警。
5.根据权利要求3所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述/S_ERR综合故障信号作为故障信号向上位机报警。
6.根据权利要求3所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述自复位电路包括二极管组成的与门电路、非门电路芯片和与非门电路芯片，所述IGBT驱动信号经过所述与门电路进行逻辑与运算，得到的信号经非门电路芯片进行电平转换后，与IGBT故障信号进行逻辑与运算，输出的信号与/S_ERR综合故障信号通过与非门电路芯片进行逻辑与运算，得到的信号再经过电平转换，最终输出/R_CLR故障状态置位信号，所述/R_CLR故障状态置位信号输入RS锁存器，决定故障锁存电路的故障状态锁存和故障状态清零。
7.根据权利要求6所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述自复位电路判定是否满足复位条件，若满足则输出复位信号，解除故障状态锁存、故障报警和IGBT的封锁。
8.根据权利要求7所述的用于IGBT的故障保护与自复位电路，其特征在于：所述复位条件包括上位机无驱动信号发出、IGBT故障消失以及IGBT处于故障封锁状态，三者缺一不可，只有同时满足，自复位电路才会输出复位信号。
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