CN105049010A - 一种igbt过流保护电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种IGBT过流保护电路及其方法,包括电流采集电路,采用电流传感器,用于采集流过IGBT的C、E两端的电流,并转化成电压信号输出;信号调理电路,对电压信号进行处理,并输出电流信号;峰值电路,对电流信号进行保持;比较电路,采用比较器,用于比较电流信号和保护门限,并输出脉冲信号关闭IGBT,对于IGBT而言,避免了其导通电流过大至IGBT损毁,降低IGBT过流的风险,延长了器件使用寿命,提高了使用该IGBT器件的系统的可靠性;利用峰值保持电路实现关断延时保护,一旦触发保护,在保持时间内会使得IGBT导通控制会失效。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件领域,具体地说是一种IGBT过流保护电路以及由过流保护引起的关断过压保护,及其过流过压保护方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管IGBT具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率小、饱和压降低、控制电路简单和承受电流大等特点,因而,在电力电子设备中有着广泛的使用。
IGBT在短路和过流时,如果没有迅速保护,就容易发生超过热极限、发生擎住效应、器件过压击穿等现象导致器件失效。比如关断IGBT时,它的集电极电流的下降率较高,尤其是在短路故障的情况下,如不采取软关断措施,它的临界电流下降率将达到每微秒数千安培,这样会对IGBT造成损害,甚至导致器件失效。
发明内容
为解决背景技术所提出的不足,本发明提供一种IGBT过流保护电路及其方法。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种IGBT过流保护电路,包括依次电连接的电流采集电路、信号调理电路、过流时间检测电路、比较电路和峰值保持电路,其中电流采集电路,采用电流传感器,用于采集流过IGBT的C、E两端的电流,并转化成电压信号输出;信号调理电路,对电压信号进行处理,并输出电流信号;峰值电路,对电流信号进行保持;比较电路,采用比较器,用于比较电流信号和保护门限,并输出脉冲信号关闭IGBT。
优选的是,所述信号调理电路包括电压跟随电路,其包括比较器U2A和电阻R1,所述比较器U2A的正输入端接电流采集电路输出的电压信号,比较器U2A的负输入端经电阻R1接比较器U2A的输出端。
优选的是,所述信号调理电路包括RC滤波电路,其包括相串联的电阻R3和电容C1,电阻R3一端与比较器U2A的输出端连接,另一端经电容C1接地。
优选的是,所述信号调理电路包括放大电路,其包括比较器U2B和电阻R2/R4/R5,比较器U2B的正输入端经电阻R5接地,比较器U2B的负输入端经电阻R4接电阻R3和电容C1之间的节点,电阻R2并联在比较器U2B的负输入端与输出端之间。
优选的是,所述比较电路包括比较器U3B,电阻R6/R8,其中电阻R6一端接峰值电路的输出端,另一端接比较器U3B的负输入端,电阻R8一端接地,另一端接比较器U3B的正输入端,比较器U3B的输出端接IGBT的门级。
优选的是,所述保护门限包括电阻R7和﹢15V电源,所述电阻R7一端接﹢15V电源,另一端接比较器U3B的正输入端。
优选的是,还包括关断过压保护电路,设置在IGBT的C极和E极之间,用于吸收IGBT关断过程产生的高压。
优选的是,所述关断过压保护电路包括续流二极管、吸收电阻、压敏电阻、无感电容和指示灯,所述压敏电阻和指示灯串联后并联在IGBT的C极和E极之间,所述续流二极管和吸收电阻分别并联在压敏电阻两端,所述无感电容并联在指示灯两端。
一种IGBT过流保护方法,其步骤是
1)预设一个保护门限;
2)采集IGBT的C、E两端的电流,并进行防误动作处理后输出电压信号;
3)将采集的电压信号电压跟随电路、RC滤波电路和放大电路,并由RC滤波电路得出一个保持时间;
4)让电流信号经过峰值保持电路,将电流信号与保护门限进行比较,在电流信号大于保护门限时,在保持时间内保持电流信号加在IGBT的门级上,一直触发IGBT关断。
优选的是,还包括对关断过程中IGBT的C、E两端产生的高压进行吸收以保护IGBT的步骤。
本发明采用上述结构后,对于IGBT而言,避免了其导通电流过大至IGBT损毁,降低IGBT过流的风险,延长了器件使用寿命,提高了使用该IGBT器件的系统的可靠性;利用峰值保持电路实现关断延时保护,一旦触发保护,在保持时间内会使得IGBT导通控制会失效。
附图说明
图1为本发明的逻辑框图。
图2为本发明的关断过压保护电路示意图。
图3为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
如图1所示,一种IGBT过流保护电路,包括依次电连接的电流采集电路、信号调理电路、过流时间检测电路、比较电路和峰值保持电路,其中电流采集电路,采用电流传感器,用于采集流过IGBT的C、E两端的电流,并转化成电压信号输出;信号调理电路,对电压信号进行随动、滤波、放大处理,并输出电流信号;峰值电路,对电流信号进行保持;比较电路,采用比较器,用于比较电流信号和保护门限,并输出脉冲信号关闭IGBT,对于IGBT而言,避免了其导通电流过大至IGBT损毁,降低IGBT过流的风险,延长了器件使用寿命,提高了使用该IGBT器件的系统的可靠性;利用峰值保持电路实现关断延时保护,一旦触发保护,在保持时间内会使得IGBT导通控制会失效。
电流采集电路采用高精度电流传感器LA200,以此来测量IGBT流过的电流,并用该电流作为是否启动过流保护的依据。
所述信号调理电路包括电压跟随电路,其包括比较器U2A和电阻R1,所述比较器U2A的正输入端接电流采集电路输出的电压信号,比较器U2A的负输入端经电阻R1接比较器U2A的输出端,采用电压跟随电路,可以实现输入阻抗高,而输出阻抗低,起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
所述信号调理电路包括RC滤波电路,其包括相串联的电阻R3和电容C1,电阻R3一端与比较器U2A的输出端连接,另一端经电容C1接地,通过RC滤波电路滤除高频尖峰,防止触发,同时,通过RC滤波电路来设定保持时间,即过流保护时间,结构简单、成本低廉。
所述信号调理电路包括放大电路,其包括比较器U2B和电阻R2/R4/R5,比较器U2B的正输入端经电阻R5接地,比较器U2B的负输入端经电阻R4接电阻R3和电容C1之间的节点,电阻R2并联在比较器U2B的负输入端与输出端之间。
所述峰值保护电路包括比较器U3A、二极管D1和电容C2,比较器U3A的正输入端一路经二极管D1接比较器U2B的输出端,另一路经电容C2接地,比较器U3A的负输入端接比较器U3A的输出端,峰值保持电路用于保持将电路保持在一定值,保持一定时间,主要为比较器U3B的负输入端提供一个稳定的电压,或者稳定的电流,以完成比较电路和保护门限的持续比较。
所述比较电路包括比较器U3B,电阻R6/R8,其中电阻R6一端接峰值电路的输出端,另一端接比较器U3B的负输入端,电阻R8一端接地,另一端接比较器U3B的正输入端,比较器U3B的输出端接IGBT的门级。
所述保护门限包括电阻R7和﹢15V电源,所述电阻R7一端接﹢15V电源,另一端接比较器U3B的正输入端。
还包括关断过压保护电路,设置在IGBT的C极和E极之间,用于吸收IGBT关断过程产生的高压,所述关断过压保护电路包括续流二极管、吸收电阻、压敏电阻、无感电容和指示灯,所述压敏电阻和指示灯串联后并联在IGBT的C极和E极之间,所述续流二极管和吸收电阻分别并联在压敏电阻两端,所述无感电容并联在指示灯两端,在IGBT关断时产生的高压会通过续流二极管消耗在吸收电阻上,吸收电阻的阻值及功率由负载特性决定,在IGBT的C极和E极之间的电压超过额定电压时,压敏电阻电阻会迅速减小,过压指示灯就会亮起,给出提示,使用RCD作为吸收电路,增加了压敏电阻并串联显示灯作为过压显示,方便调试使用。
一种IGBT过流保护方法,其步骤是
1)预设一个保护门限;
2)采集IGBT的C、E两端的电流,并进行防误动作处理后输出电压信号;
3)将采集的电压信号电压跟随电路、RC滤波电路和放大电路,并由RC滤波电路得出一个保持时间;
4)让电流信号经过峰值保持电路,将电流信号与保护门限进行比较,在电流信号大于保护门限时,在保持时间内保持电流信号加在IGBT的门级上,一直触发IGBT关断。
还包括对关断过程中IGBT的C、E两端产生的高压进行吸收以保护IGBT的步骤。
通过电流信号与保持门限的比较来判断是否处于过流状态,电路简单,又能试试监测,便捷又节能。
以上所述是本发明的优选实施方式而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种IGBT过流保护电路,其特征在于:包括依次电连接的电流采集电路、信号调理电路、比较电路和峰值保持电路,其中
电流采集电路,采用电流传感器,用于采集流过IGBT的C、E两端的电流,并转化成电压信号输出;
信号调理电路,对电压信号进行处理,并输出电流信号;
峰值电路,对电流信号进行保持;
比较电路,采用比较器,用于比较电流信号和保护门限,并输出脉冲信号关闭IGBT。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述信号调理电路包括电压跟随电路,其包括比较器U2A和电阻R1,所述比较器U2A的正输入端接电流采集电路输出的电压信号,比较器U2A的负输入端经电阻R1接比较器U2A的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述信号调理电路包括RC滤波电路,其包括相串联的电阻R3和电容C1,电阻R3一端与比较器U2A的输出端连接,另一端经电容C1接地。
4.根据权利要求3所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述信号调理电路包括放大电路,其包括比较器U2B和电阻R2/R4/R5,比较器U2B的正输入端经电阻R5接地,比较器U2B的负输入端经电阻R4接电阻R3和电容C1之间的节点,电阻R2并联在比较器U2B的负输入端与输出端之间。
5.根据权利要求4所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述比较电路包括比较器U3B,电阻R6/R8,其中电阻R6一端接峰值电路的输出端,另一端接比较器U3B的负输入端,电阻R8一端接地,另一端接比较器U3B的正输入端,比较器U3B的输出端接IGBT的门级。
6.根据权利要求5所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述保护门限包括电阻R7和﹢15V电源,所述电阻R7一端接﹢15V电源,另一端接比较器U3B的正输入端。
7.根据权利要求1所述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:还包括关断过压保护电路,设置在IGBT的C极和E极之间,用于吸收IGBT关断过程产生的高压。
8.根据权利要求7述的一种IGBT过流保护电路,其特征在于:所述关断过压保护电路包括续流二极管、吸收电阻、压敏电阻、无感电容和指示灯,所述压敏电阻和指示灯串联后并联在IGBT的C极和E极之间,所述续流二极管和吸收电阻分别并联在压敏电阻两端,所述无感电容并联在指示灯两端。
9.用于权利要求1-8中任一项所述的一种IGBT过流保护电路的一种IGBT过流保护方法,其特征在于:其步骤是
1)预设一个保护门限;
2)采集IGBT的C、E两端的电流,并进行防误动作处理后输出电压信号;
3)将采集的电压信号电压跟随电路、RC滤波电路和放大电路,并由RC滤波电路得出一个保持时间;
4)让电流信号经过峰值保持电路,将电流信号与保护门限进行比较,在电流信号大于保护门限时,在保持时间内保持电流信号加在IGBT的门级上,一直触发IGBT关断。
10.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:还包括对关断过程中IGBT的C、E两端产生的高压进行吸收以保护IGBT的步骤。
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