CN105049010B - 一种igbt过流保护电路及其方法 - Google Patents

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

一种IGBT过流保护电路及其方法

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 (5)

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, 所述信号调理电路包括电压跟随电路、RC滤波电路和放大电路，电压跟随电路包括比较器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；RC滤波电路包括相串联的电阻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；放大电路包括比较器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；

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，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。

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：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。

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。

4.用于权利要求1-3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）将采集的电压信号经过电压跟随电路、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。

5.根据权利要求4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。