CN104467771A

CN104467771A - 一种igbt驱动保护系统

Info

Publication number: CN104467771A
Application number: CN201410526156.3A
Authority: CN
Inventors: 束龙胜; 杨艳; 杨振; 刘建文; 汪霞; 王超
Original assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Current assignee: Anhui Xinlong Electrical Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及一种IGBT驱动保护系统，该系统包括IGBT驱动器和IGBT故障反馈模块，所述IGBT驱动器包括用于短路保护的Vce检测单元、用于过压保护的有源箝位电路和用于连接到具有数字处理器的PCB的第一连接器和用于连接到IGBT模块内置NTC热敏电阻的第二连接器。所述IGBT驱动器还包括DC/DC电源。所述第一连接器包括20个引脚，其中第5引脚和第7引脚用于连接15V电源，第9引脚用于通道1的状态输出，第13引脚用于通道2的状态输出，第11引脚和第15引脚用于信号输入，第17引脚用于模式选择，第19引脚用于设置阻断时间，第1引脚和第3引脚为备用引脚，其他引脚接地。

Description

一种IGBT驱动保护系统

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及基于一种IGBT驱动保护系统。

背景技术

目前IGBT过流保护实际常用M57962AL等，是集驱动与保护于一体的集成电路(称为混合驱动模块)，其电流检测是利用在某一正向栅压Uge下，正向导通管压降Uce(ON)与集电极电流Ie成正比的特性，通过检测Uce(ON)的大小来判断Ie的大小，不同型号的混合驱动模块，其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同，使用时要根据实际情况恰当选用。混合驱动模块本身的过流保护临界电压动作值是固定的，一般为7～10V,因而存在着一个与IGBT配合的问题。通常采用的方法是调整串联在IGBT集电极与驱动模块之间的二极管V的个数，如图1所示。使这些二极管的通态压降之和略大于或等于驱动模块过流保护动作电压与IGBT的通态饱和压降Uce(ON)之差,即：VDiode≥V阈值-Vce。V阈值可以通过在1脚串联一稳压管进行调整。改方法具有以下缺点1、过流保护实际常用混合驱动模块，混合驱动模块本身的过流保护临界电压动作值是固定的，存在着一个与IGBT配合的问题，精度不高，驱动模块与IGBT集电极之间的电压不能连续可调。2、过压保护，采用层叠母排减少杂散电感，在整个线路上多加一些低阻低感的退耦电容，也可减少线路电感，但成本高。3、过热保护,一般采用散热器，进行强迫风冷，成本高。

发明内容

针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本发明提出“一种IGBT驱动保护系统”，实现“该驱动器与IGBT直接插接连接，减少了电磁场的干扰，信号传输稳定；过压、过流、过热保护电路内置于驱动器，保护更准确，避免传统驱动的误判误动作，可靠性好”的有益效果。

本发明的技术方案是：一种IGBT驱动保护系统，该系统包括IGBT驱动器和IGBT故障反馈模块，所述IGBT驱动器包括用于短路保护的Vce检测单元、用于过压保护的有源箝位电路和用于连接到具有数字处理器的PCB的第一连接器和用于连接到IGBT模块内置NTC热敏电阻的第二连接器。所述IGBT驱动器还包括DC/DC电源。所述第一连接器包括20个引脚，其中第5引脚和第7引脚用于连接15V电源，第9引脚用于通道1的状态输出，第13引脚用于通道2的状态输出，第11引脚和第15引脚用于信号输入，第17引脚用于模式选择，第19引脚用于设置阻断时间，第1引脚和第3引脚为备用引脚，其他引脚接地。所述第19引脚上连接有电阻R1，阻断时间的大小通过公式计算，其中T_b为阻断时间。所述IGBT故障反馈模块包括两个二极管，两个二极管反接后分别并联到上拉电阻R2和上拉电阻R1上，两个二极管的负极连接有上拉电源，二极管正极分别连接到第一连接器上的第9引脚和第13引脚上。所述上拉电阻阻值R＝上拉电源/第9引脚端口电流，所述二极管为肖特二极管。

本发明的有益效果为：①过流保护，2SP0115T是一款带有电气接口的双通道驱动器，该驱动器基于CONCEPT的SCALE-2芯片设计而成，能够安全可靠地驱动IGBT。其中有用于短路保护的Vce检测(短路保护)，除此它还是一款包括可设置Vce检测的门槛电压、响应时间和半桥模式下死区时间的元件。②过压保护，有源箝位设计用于限制IGBT在关断瞬间产生的过高电压，成本低，且这种功能在高直流母线电压、大电流或短路的情况下关断IGBT时非常有效。③过热保护，IGBT模块内置NTC热敏电阻。驱动器2SP0115T2Ax通过接口X2与热敏电阻直接连接，实时监测IGBT管芯温度。④外形紧凑，安装简单，适用于所有的17mm双管IGBT模块，通用性好⑤外接电路简单，所需元器件少，降低成本⑥配有DC/DC电源，可实现电源和门极驱动电路的电气隔离⑦可实现装配后立即使用，无需为特定应用调试驱动器而投入精力，大大节省设计投入。

附图说明

图1为本发明具体实施例的2SP0115T SCALE-2驱动模块与IGBT的链接框图；

图2为本发明具体实施例的连接数字处理器与X1端口的原理图；

图3为本发明具体实施例的IGBT故障反馈(过流、欠压)外围电路图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种IGBT驱动保护系统，该系统包括IGBT驱动器和IGBT故障反馈模块，所述IGBT驱动器包括用于短路保护的Vce检测单元、用于过压保护的有源箝位电路和用于连接到具有数字处理器的PCB的第一连接器和用于连接到IGBT模块内置NTC热敏电阻的第二连接器。所述IGBT驱动器还包括DC/DC电源。所述第一连接器包括20个引脚，其中第5引脚和第7引脚用于连接15V电源，第9引脚用于通道1的状态输出，第13引脚用于通道2的状态输出，第11引脚和第15引脚用于信号输入，第17引脚用于模式选择，第19引脚用于设置阻断时间，第1引脚和第3引脚为备用引脚，其他引脚接地。所述第19引脚上连接有电阻R1，阻断时间的大小通过公式计算，其中T_b为阻断时间。所述IGBT故障反馈模块包括两个二极管，两个二极管反接后分别并联到上拉电阻R2和上拉电阻R1上，两个二极管的负极连接有上拉电源，二极管正极分别连接到第一连接器上的第9引脚和第13引脚上。所述上拉电阻阻值R＝上拉电源/第9引脚端口电流，所述二极管为肖特二极管。

①过流保护

2SP0115T是一款带有电气接口的双通道驱动器，该驱动器基于CONCEPT的SCALE-2芯片设计而成，能够安全可靠地驱动IGBT。这一系列驱动器都配有常规的保护功能，其中就有用于短路保护的Vce检测(短路保护)，除此它还包括用于设置Vce检测的门槛电压、响应时间和半桥模式下死区时间的元件。

IGBT集电极-发射极电压通过电阻网络测得。在导通状态下经过响应时间后再检测Vce，以判断短路情况。如果此电压高于预设的阈值Vth,驱动器将会判断为IGBT短路，并立即将故障信号发送到相应的SOx输出端。

②过压保护

有源箝位设计用于限制IGBT在关断瞬间产生的过高电压。这种功能在高直流母线电压、大电流或短路的情况下关断IGBT时非常有效。

有源箝位技术是在集电极-发射极电压超过预设的阈值时将IGBT部分地打开，从而令IGBT的集电极-发射极电压得到抑制，此时，IGBT在线性区内工作。基本有源箝位电路是将IGBT的集电极电位通过瞬态电压抑制二极管(TVS)反馈到IGBT门极的单反馈电路。与其他驱动方法相比，使用有源钳位功能，可以配置较小的驱动电阻，以提高IGBT模块的开关速度，减少开关损耗，从而提高IGBT模块在正常工作期间的利用率。在故障关断时产生的过压也可通过有源箝位来抑制。

表一连接器X1的管脚

③过热保护

IGBT模块内置NTC热敏电阻。驱动器2SP0115T2Ax通过接口X2与热敏电阻直接连接。

表二连接器X2的管脚

除去以上三种保护，2SP0115T SCALE-2驱动器的出色特性还包括：外形紧凑；安装简单；配有DC/DC电源，可实现电源和门极驱动电路的电气隔离，信号隔离通过变压器实现；适用于所有的17mm双管IGBT模块，可实现装配后立即使用，无需为特定应用调试驱动器而投入精力。

2SP0115T SCALE-2驱动器与17mm双管IGBT模块通过插接焊盘焊接在一起，X1接口通过20pin的牛角端子引出。接口电路简单实用。

在图2中，选用20pin的接口端子，它的作用是把2SP0115T SCALE-2驱动器X1接口引出到含有数字处理器(如：DSP，CPLD等)的PCB板上。这里需要强调的是D1必须为肖特基二极管，在3.3V逻辑电平下必须使用这两个二极管。在5V～15V逻辑电平下，可以省略这两个二极管。两个SOx输出端可以连接在一起，以提供公共故障信号。推荐使用单独故障信号以便快速精确地诊断故障。R1起设置阻断时间的作用，阻断时间的大小可用下式算得：

R_{b} = \frac{7650 + 150 * T_{b} [ms]}{99 - T_{b} [ms]} - 6.8,

其中20ms<Tb<90ms。

图3中，PWM1_NG，PWM2_NG分别对应驱动器模块的SO1和SO2，SOx采用开漏极结构，R2，R3为外接上拉电阻，其阻值：R＝上拉电源(3.3V)/SOx端口电流(2mA)。

当IGBT模块有故障时，PWM1_NG，PWM2_NG为低电平，经U1取反后送入数字处理器，进行故障处理(如：点亮相应故障灯，封锁PWM信号)。当IGBT模块无故障时，PWM1_NG，PWM2_NG为高电平3.3-0.3＝3(V)，经U1取反后送入数字处理器，不产生报警。图中，U1C、U1D为反相器模块的两个单元，对信号有取反及一定的放大作用。PWM1_NG’和PWM2_NG’为IGBT故障驱动信号经过反相器处理后的信号，此信号送入数字处理器，作为故障反馈。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的执行步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。本发明并不局限于上述特定实施例，在不脱离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，这些相应对本发明进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护的范围当中。

Claims

1.一种IGBT驱动保护系统，其特征在于：该系统包括IGBT驱动器和IGBT故障反馈模块，所述IGBT驱动器包括用于短路保护的Vce检测单元、用于过压保护的有源箝位电路和用于连接到具有数字处理器的PCB的第一连接器和用于连接到IGBT模块内置NTC热敏电阻的第二连接器。

2.根据权利要求1所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述IGBT驱动器还包括DC/DC电源。

3.根据权利要求1所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述第一连接器包括20个引脚，其中第5引脚和第7引脚用于连接15V电源，第9引脚用于通道1的状态输出，第13引脚用于通道2的状态输出，第11引脚和第15引脚用于信号输入，第17引脚用于模式选择，第19引脚用于设置阻断时间，第1引脚和第3引脚为备用引脚，其他引脚接地。

4.根据权利要求3所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述第19引脚上连接有电阻R1，阻断时间的大小通过公式计算，其中T_b为阻断时间。

5.根据权利要求3所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述IGBT故障反馈模块包括两个二极管，两个二极管反接后分别并联到上拉电阻R2和上拉电阻R3上，两个二极管的负极连接有上拉电源，二极管正极分别连接到第一连接器上的两个SO_X输出端第9引脚和第13引脚上。

6.根据权利要求5所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述上拉电阻阻值R＝上拉电源/SO_X输出端端口电流。

7.根据权利要求5所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述二极管为肖特二极管。

8.根据权利要求5所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述两个SO_X输出端连接一起时，提供公共故障信号。

9.根据权利要求5所述的IGBT驱动保护系统，其特征在于：所述SO_X输出端采用开漏极结构。