CN104917164B - 一种驱动保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动保护电路，该电路包括：有源钳位保护电路和短路保护电路；所述有源钳位保护电路，用于当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；所述短路保护电路，用于短路保护电路检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。采用本发明不但降低能耗，还实现了IGBT/MOS驱动的保护。

Description

一种驱动保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种驱动保护电路。
背景技术
目前，在大功率的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)应用技术，例如：在大功率光伏逆变器中，IGBT工作在高压大电流的工作情况下，很容易发生IGBT损坏、为了保护IGBT，驱动保护技术尤为重要，一般的技术分为过压保护和过流保护。
如图1所示，采用RCD钳位硬关断方案，每个周期关断时通过二极管给电容充电吸收电压尖峰，导通时电阻耗能消耗掉电容储能。
然而，在实现所述驱动电路的设计过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
RCD钳位硬关断方案能耗大，发热严重，需要功率电阻；硬关断，关断电压过高，即使保护起作用了，也可能会损坏器件。采用基本的有源钳位，钳位效果差，D1损耗大。采用基本的过流保护技术，关断时为硬关断，关断电压高，容易关断时损坏管子。
发明内容
本发明的实施例提供一种驱动保护电路。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明提供的一种驱动保护电路，包括：有源钳位保护电路和短路保护电路；
所述有源钳位保护电路，用于当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；
所述短路保护电路，用于短路保护电路检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。
本发明实施例提供的一种驱动保护电路；通过所述有源钳位保护电路，当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；通过所述短路保护电路，检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。
附图说明
图1为现有技术中的一种驱动保护电路图；
图2为本发明实施例提供的一种驱动保护电路示意图；
图3为本发明实施例提供的一种驱动保护电路中有源钳位保护电路图；
图4为本发明实施例提供的另一种驱动保护电路中有源钳位保护电路图；
图5为本发明实施例提供的一种驱动保护电路中短路保护电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的一种驱动保护电路进行详细描述。
如图2所示，为本发明提供的一种驱动保护电路，该电路包括：有源钳位保护电路和短路保护电路；
所述有源钳位保护电路，用于当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；
所述短路保护电路，用于短路保护电路检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。
基于以上实施例，所述驱动保护电路主要工作原理如下：
当IGBT关断电压过高超过规定值时，有源钳位保护电路检测到过压，驱动控制电路对驱动电路进行控制，驱动电路工作在线性区、饱和区、截止区，实现关断电压有源钳位，快速打开电路（即二极管D2）实现前期加速打开的过程。短路保护电路检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。
所述的有源钳位保护电路如图3所示，所述有源钳位保护电路包括：电阻R1-R7，二级管D1-D3，开关管Q1-Q3和运算放大器U1；
所述二极管D3阴极与Q1集电极相连；所述电阻R7一端与所述二极管D3阳极相连；所述电阻R7另一端分别与所述电阻R4一端，所述二极管D2阳极相连；所述电阻R4另一端与U1的反相输入端相连；所述电阻R5一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接参考信号输入端Vref；所述电阻R6一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接地；所述电阻R3并联与所述运算放大器U1的反相输入端与输出端OUT之间；
所述Q2为NMOS,所述Q3为PMOS；所述电阻R1分别与所述开关管Q2、Q3的栅极，所述二极管D1的阳极相连；所述二极管D1阴极与所述运算放大器U1的输出端OUT相连；所述电阻R2一端分别与所述开关管Q1的门极，所述二极管D2的阴极相连；所述电阻R2另一端分别与所述开关管Q2源极，所述开关管Q3漏极相连。
以上所述二极管D3可以为肖特基二极管。
以上有源钳位保护电路具体工作原理如下：
所述当Vce或者Vds电压超过设定值时，反馈通路反馈该电压到驱动电路，使关断MOS线性关断，实现高效率的有源钳位；同时反馈通路通过二极管D1直接连接到门级驱动端，可以快速重新打开IGBT，减小关断电压，实现有源钳位。
Q1为IGBT或者MOSFET，所述Q1既可以是单管，也可以是全桥或者半桥中一个。
所述Q1关断时，当关断电压超过一定值时，所述TVS管D3导通，D3也可以为多个TVS管的串联，当所述D3导通时，所述电阻R4和R7连接点A点电压升高，当所述A点电压超过Vref电压时，运算放大器U1输出为负，所述U1构成减法器，二极管D1为正向截止电路，当所述U1输出为正时，B点电压不受影响，当所述U1输出电压降低或者为负时，所述二极管D1导通，B点电压被下拉到U1输出。R2为关断门级电阻，当所述Q1关断时，Q3导通，所述电阻R2通过Q3下拉到地或者负电源。当所述A点电位小于Vref且与Vref电压差趋于减少时，B点电位也趋于减小，所述Q3工作于线性工作区，当B点电位超过设定值时，所述Q3完全关断，此时，上管Q2完全打开，上拉到VCC，所述Q1则重新打开，实现有源关断；所述电阻R2在小功率时可以既为导通电阻也为关断电阻，大功率时，R2仅为关断电阻，另一电阻R7为导通电阻。
需要说明的是，以上所述有源钳位保护电路还可以为如图4所示的电路结构，具体电路可以包括：电阻R1-R9，二级管D2-D3，开关管Q1-Q4和运算放大器U1；
所述二极管D3阴极与Q1集电极相连；所述电阻R7一端与所述二极管D3阳极相连；所述电阻R7另一端分别与所述电阻R4一端，所述二极管D2阳极相连；所述电阻R4另一端与U1的反相输入端相连；所述电阻R5一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接参考信号输入端Vref；所述电阻R6一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接地；所述电阻R3并联与所述运算放大器U1的反相输入端与输出端OUT之间；
所述电阻R1分别与所述开关管Q2、Q3的栅极，所述开关管Q4的漏级相连；所述开关管Q4的栅极分别与所述电阻R8,R9相连；所述电阻R8另一端与所述运算放大器U1的输出端OUT相连；所述电阻R9另一端接电源VCC；所述开关管Q4的源极接地；所述电阻R2一端分别与所述开关管Q1的栅极，所述二极管D2的阴极相连；所述电阻R2另一端分别与所述开关管Q2源级，所述开关管Q3漏极相连。
以上所述如图4所示的有源钳位保护电路工作原理具体为：
图3中所示的二极管D1也可以采用如图4所示中的开关管Q4等效替换，且采用开关管Q4的效果更由于采用二极管D1；当所述U1输出高电平时，所述Q4截止，当U1输出低电平时，所述Q4导通。所述U1输出电压与A点电压和Vref的差值成正比，所述Q4导通时，B点电压UB与U1输出电压等电位，所述Q3也因UB电压不同经历从饱和导通到线性工作，直到关断，实现Q1的有源钳位控制
其中，所述短路保护电路如图5所示，具体包括：电阻R10-R13，电容C1，开关管Q5和Q6，运算放大器U2，恒流源Ie，反向器U3；
所述电阻R12一端与所述Q1集电极相连；所述电阻R12另一端分别与所述运算放大器U2的正向输入端，所述开关管Q5集电极，所述电容C1的一端相连；所述运算放大器U2的反向输入端相连分别与所述恒流源Ie，所述电阻R11相连；所述电阻R11另一端接地；
所述开关管Q5栅极分别与所述电阻R13一端，反向器U3的反向端相连；所述电阻R13另一端，所述开关管Q5漏极以及所述电容C1另一端接地；
所述反向器U3的正向端接PWM信号输入端；所述运算放大器U2的输出端OUT分别与电阻R10一端，所述开关管Q6栅极相连；所述电阻R10另一端，所述开关管Q6漏极接电源-VCC；所述开关管Q6集电极与所述开关管Q2和Q3的栅极。
需要说明的是，Ie为恒流源，通过调节R11就可以调节参考电压Vref，A点电压UA为Q1的VCE经电阻R12对电容C1的充电电压，当Q1发生短路时，VCE电压升高，工作在退饱和状态，UA>Vref时，运算放大器U2构成的比较器电路翻转，输出高电平，Q6导通，PWM输出锁止到-VCC，驱动电路上管Q2截止，驱动电路输出低，主管Q1关断，起到短路关断保护作用。Q5为电容C1的放电回路，当PWM输出低主管关断时，逻辑非电路输出高，Q5导通到地，C1放电，此时UA电压必然小于Vref，U2输出为负，Q6锁止电路部工作。调节电阻R11可以调节短路保护电流的大小，调节电阻R12和C1可以调节短路保护时间。
本发明实施例提供的一种驱动保护电路；通过所述有源钳位保护电路，当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；通过所述短路保护电路，检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，驱动控制电路动作，关断IGBT，实现短路保护。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种驱动保护电路，包括：有源钳位保护电路和短路保护电路；
所述有源钳位保护电路，包括开关管Q1和开关管Q2，所述开关管Q1为IGBT，用于当IGBT关断电压过高超过规定值时,有源钳位会钳住IGBT集电极的电位，使其电压不要太高；
所述短路保护电路，包括电阻R10-R13、电容C1、开关管Q5和Q6、运算放大器U2，恒流源Ie和反向器U3；所述电阻R12一端与所述Q1集电极相连；所述电阻R12另一端分别与所述运算放大器U2的正向输入端、所述开关管Q5漏极和所述电容C1的一端相连；所述运算放大器U2的反向输入端相连分别与所述恒流源Ie、所述电阻R11相连；所述电阻R11另一端接地；所述开关管Q5栅极分别与所述电阻R13一端、反向器U3的反向端相连；所述电阻R13另一端、所述开关管Q5源极以及所述电容C1另一端接地；所述反向器U3的正向端接PWM信号输入端；所述运算放大器U2的输出端OUT分别与电阻R10一端、所述开关管Q6栅极相连；所述电阻R10另一端、所述开关管Q6源极接电源-VCC；所述开关管Q6漏极与所述开关管Q2和Q3的栅极相连；用于短路保护电路检测IGBT的Vce的电压，当短路发生时，会产生退饱和现象，Vce电压上升到母线电压，当短路保护电路检测到短路信号时，所述运算放大器U2构成的比较器电路翻转，输出高电平，所述开关管Q6导通，PWM输出锁止到-VCC，所述开关管Q2截止，关断IGBT，实现短路保护。
2.根据权利要求1所述的驱动保护电路，其特征在于，所述有源钳位保护电路还包括：电阻R1-R7、二极管D1-D3、开关管Q3和运算放大器U1；
所述二极管D3阴极与Q1集电极相连；所述电阻R7一端与所述二极管D3阳极相连；所述电阻R7另一端分别与所述电阻R4一端、所述二极管D2阳极相连；所述电阻R4另一端与U1的反相输入端相连；所述电阻R5一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接参考信号输入端Vref；所述电阻R6一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接地；所述电阻R3并联与所述运算放大器U1的反相输入端与输出端OUT之间；
所述电阻R1分别与所述开关管Q2的栅极、所述开关管Q3的栅极、所述二极管D1的阳极相连；所述二极管D1阴极与所述运算放大器U1的输出端OUT相连；所述电阻R2一端分别与所述开关管Q1的门极、所述二极管D2的阴极相连；所述电阻R2另一端分别与所述开关管Q2源极、所述开关管Q3漏极相连。
3.根据权利要求2所述的驱动保护电路，其特征在于，所述二极管D3为肖特基二极管。
4.根据权利要求1所述的驱动保护电路，其特征在于，所述有源钳位保护电路还包括：电阻R1-R9、二极管D2-D3、开关管Q3、开关管Q4和运算放大器U1；
所述二极管D3阴极与Q1集电极相连；所述电阻R7一端与所述二极管D3阳极相连；所述电阻R7另一端分别与所述电阻R4一端、所述二极管D2阳极相连；所述电阻R4另一端与U1的反相输入端相连；所述电阻R5一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接参考信号输入端Vref；所述电阻R6一端与所述U1的正相输入端相连，另一端接地；所述电阻R3并联与所述运算放大器U1的反相输入端与输出端OUT之间；
所述电阻R1分别与所述开关管Q2的栅极、所述开关管Q3的栅极、所述开关管Q4的漏极相连；所述开关管Q4的栅极分别与所述电阻R8、R9相连；所述电阻R8另一端与所述运算放大器U1的输出端OUT相连；所述电阻R9另一端接电源VCC；所述开关管Q4的源极接地；所述电阻R2一端分别与所述开关管Q1的栅极、所述二极管D2的阴极相连；所述电阻R2另一端分别与所述开关管Q2源极、所述开关管Q3漏极相连。
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