CN105262468A - Igbt保护及驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT保护及驱动电路，包括IGBT芯片、控制器、IGBT动态故障检测电路以及检测电路，所述的检测电路还包括有过流信号产生器、过压保护检测电路以及温度保护电路。本发明的IGBT保护及驱动电路在过压、过流、过热等几个方面都采取有效的保护措施，可保证IGBT安全可靠地工作稳定性好，而且由迟滞比较器构成的过流信号产生电路可以可靠地产生过流信号，保护电路在IGBT允许的过流时间之内能够可靠动作，抗干扰性强，可靠性高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT驱动及保护电路，尤其是一种IGBT保护及驱动电路。
背景技术
IGBT是电压控制型器件，在它的栅极发射极之间施加十几伏的直流电压，只有微安级的电流流过，基本上不消耗功率。但IGBT的栅极发射极之间存在较大的寄生电容，IGBT导通和关断的时候需要驱动电路提供数安培级的充放电电流，以满足驱动脉冲的上升和下降沿需要。驱动电路对IGBT正常工作非常重要。
在中大功率的开关电源装置中，IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点，已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中，由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下，使得它容易损坏，另外，电源作为系统的前级，由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大，故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而，在选择IGBT时除了要作降额考虑外，对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可靠动作、抗干扰性强、可靠性高的IGBT保护及驱动电路。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
IGBT保护及驱动电路，包括IGBT芯片、控制器、IGBT动态故障检测电路以及检测电路，所述的检测电路还包括有过流信号产生器、过压保护检测电路以及温度保护电路，所述的过压保护检测电路保护IGBT芯片在额定的电压等级内不被击穿，所述的温度保护电路的额定设计结温为125℃，当结温Tj超过150℃时，所述IGBT芯片中的IGBT就会炸裂，若IGBT处于过电流或短路状态，此时过电流及短路保护电路运作，关断IGBT，所述的过流信号产生器还包括采样电阻、绝对值转换电路、同相电压放大电路、迟滞比较器以及参考电压，所述IGBT芯片通过驱动电路连接至控制器。
进一步，所述的驱动电路包括有信号接受模块、驱动芯片、电流放大电路和驱动输出电路，所述的驱动输出电路输出端连接于所述的的控制器，所述的电流放大电路包括有场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R6、电阻R7、限流电阻R8、限流电阻R9、瞬变抑制二极管D1、瞬变抑制二极管D2、瞬变抑制二极管D3和瞬变抑制二极管D4，所述的电阻R6和电阻R7分别连接场效应管Q2和Q1的栅极，场效应管Q2的漏极连接电源Vcc2端，源极经限流电阻R8连接IGBT的栅极，场效应管Q1的源极连接GND端，漏极经限流电阻R9连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D3的正、负极分别连接场效应管Q2的源极和漏极，瞬变抑制二极管D4的正、负极分别连接场效应管Q1的源极和漏极，瞬变抑制二极管D1和D2反向串联，瞬变抑制二极管D1的负极连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D2的负极连接IGBT的发射极，IGBT的发射极连接电源Vcc1端；
所述的驱动芯片的有2脚，驱动芯片IC2的1脚上连接有电阻R3，电阻R3连接电源Vcc2端，3脚接GND端，4脚接有电阻R5，电阻R5接GND端，5脚架空，8脚连接有电阻R4，电阻R4连接GND端，6脚连接电源Vcc2端，6脚还分别连接有电容C2和极性电容C1的正极，电容C2和极性电容C1的负极均连接GND端，7脚输出分为两路，一路连接电阻R6，另一路连接电阻R7。
进一步，所述控制器还分别连接有欠压保护电路和短路保护电路。
进一步，所述的IGBT动态故障检测电路，通过反馈信号，传输给控制器，分别接收欠压保护电路的欠压故障信号和来自于短路保护电路的短路故障信号，控制器通过检测判断工作状态和故障情况，动态显示工作状态，然后，工作状态，然后，控制器输出待处理信号到电路。
进一步，所述IGBT芯片与驱动电路之间连接有驱动保护电路。
进一步，所述驱动保护电路包括三极管T1、二极管D4、滤波电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和反相放大器U1，所述IGBT芯片的输入端通过电阻R12连接至三极管T1的基极，所述三极管T1的基极通过电阻R13连接至三极管T1的发射极，所述三极管T1的发射极连接接地端，所述三极管T1的集电极连接有正电源源，二极管D4的负极与三极管T1的集电极相连，二极管D4的正极依次连接电阻R10、滤波电容C3以及接地端，所述电阻R11并联连接于二极管D4和电阻R10的两端，所述电阻R10通过反相放大器U1连接至驱动电路的输入端。
进一步，所述三极管T1的基极和发射极之间连接有电阻R12。
本发明的有益效果是：本专利在过压、过流、过热等几个方面都采取有效的保护措施，可保证IGBT安全可靠地工作稳定性好，而且由迟滞比较器构成的过流信号产生电路可以可靠地产生过流信号，保护电路在IGBT允许的过流时间之内能够可靠动作，抗干扰性强，可靠性高，使用寿命长。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图；
图2是本发明的过流信号产生器的结构示意图；
图3是本发明的驱动电路的结构示意图；
图4是本发明的驱动电路的电流放大电路原理图；
图5是本发明的驱动保护电路的电路原理图。
具体实施方式
为了对本发明的结构、特征及其功效，能有更进一步地了解和认识，现举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下：
如图1-图5所示，本实施例所描述的IGBT保护及驱动电路，它主要包括IGBT芯片1、控制器2、IGBT动态故障检测电路3以及检测电路，检测电路还包括有过流信号产生器4、过压保护检测电路6以及温度保护电路7，过压保护检测电路6保护IGBT芯片1在额定的电压等级内不被击穿，温度保护电路7的额定设计结温为125℃，当结温Tj超过150℃时，所述IGBT芯片1中的IGBT就会炸裂，若IGBT处于过电流或短路状态，此时过电流及短路保护电路运作，关断IGBT。
如图2所示，过流信号产生器4还包括采样电阻41、绝对值转换电路42、同相电压放大电路43、迟滞比较器44以及参考电压45，该过流信号产生器4在判断过流信号的高低后输出封锁IGBT驱动信号至CPLD芯片，然后DSP控制芯片读取CPLD芯片的计数值并生成复位信号，所述IGBT芯片1通过驱动电路5连接至控制器2。
如图3和如4所示，驱动电路5包括有型号接受模块51、驱动芯片52、电流放大电路53和驱动输出电路54，驱动输出电路54输出端连接于控制器2，所述的电流放大电路53包括有场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R6、电阻R7、限流电阻R8、限流电阻R9、瞬变抑制二极管D1、瞬变抑制二极管D2、瞬变抑制二极管D3和瞬变抑制二极管D4，电阻R6和电阻R7分别连接场效应管Q2和Q1的栅极，场效应管Q2的漏极连接电源Vcc2端，源极经限流电阻R8连接IGBT的栅极，场效应管Q1的源极连接GND端，漏极经限流电阻R9连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D3的正、负极分别连接场效应管Q2的源极和漏极，瞬变抑制二极管D4的正、负极分别连接场效应管Q1的源极和漏极，瞬变抑制二极管D1和D2反向串联，瞬变抑制二极管D1的负极连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D2的负极连接IGBT的发射极，IGBT的发射极连接电源Vcc1端。
驱动芯片52的有2脚，驱动芯片52中IC2的1脚上连接有电阻R3，电阻R3连接电源Vcc2端，3脚接GND端，4脚接有电阻R5，电阻R5接GND端，5脚架空，8脚连接有电阻R4，电阻R4连接GND端，6脚连接电源Vcc2端，6脚还分别连接有电容C2和极性电容C1的正极，电容C2和极性电容C1的负极均连接GND端，7脚输出分为两路，一路连接电阻R6，另一路连接电阻R7。
所述控制器2还分别连接有欠压保护电路和短路保护电路。
IGBT动态故障检测电路3，通过反馈信号，传输给控制器2，分别接收欠压保护电路的欠压故障信号和来自于短路保护电路的短路故障信号，控制器2通过检测判断工作状态和故障情况，动态显示工作状态，然后，工作状态，然后，控制器2输出待处理信号到电路。
所述IGBT芯片1与驱动电路5之间连接有驱动保护电路8。
如图5所示，驱动保护电路8包括三极管T1、二极管D4、滤波电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和反相放大器U1，所述IGBT芯片1的输入端通过电阻R12连接至三极管T1的基极，所述三极管T1的基极通过电阻R13连接至三极管T1的发射极，所述三极管T1的发射极连接接地端，所述三极管T1的集电极连接有正电源源，二极管D4的负极与三极管T1的集电极相连，二极管D4的正极依次连接电阻R10、滤波电容C3以及接地端，所述电阻R11并联连接于二极管D4和电阻R10的两端，所述电阻R10通过反相放大器U1连接至驱动电路5的输入端。所述三极管T1的基极和发射极之间连接有电阻R12。所述IGBT芯片1输出电平经过电阻R12，驱动三极管T1的基极，使三极管T1导通，此时三极管T1的集电极对地导通，因此二极管D4正向导通，经过二极管D4、电阻R10、电容C3滤波，到达电阻R9，然后经过反向放大器U2输出电平信号至驱动电路，从而能快速释放浪涌电流，降低栅极电压，防止驱动电路的误导通。
本发明的IGBT保护及驱动电路，在过压、过流、过热等几个方面都采取有效的保护措施，可保证IGBT安全可靠地工作稳定性好，而且由迟滞比较器构成的过流信号产生电路可以可靠地产生过流信号，保护电路在IGBT允许的过流时间之内能够可靠动作，抗干扰性强，可靠性高，使用寿命长。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非以此限制本发明的实施范围，凡熟悉此项技术者，运用本发明的原则及技术特征，所作的各种变更及装饰，皆应涵盖于本权利要求书所界定的保护范畴之内。
Claims (7)
1.IGBT保护及驱动电路，包括IGBT芯片（1）、控制器（2）、IGBT动态故障检测电路（3）以及检测电路，其特征在于：所述的检测电路还包括有过流信号产生器（4）、过压保护检测电路（6）以及温度保护电路（7），所述的过压保护检测电路（6）保护IGBT芯片（1）在额定的电压等级内不被击穿，所述的温度保护电路（7）的额定设计结温为125℃，当结温Tj超过150℃时，所述IGBT芯片（1）中的IGBT就会炸裂，若IGBT处于过电流或短路状态，此时过电流及短路保护电路运作，关断IGBT，所述的过流信号产生器（4）还包括采样电阻（41）、绝对值转换电路（42）、同相电压放大电路（43）、迟滞比较器（44）以及参考电压（45），所述IGBT芯片（1）通过驱动电路（5）连接至控制器（2）。
2.如权利要求1所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述的驱动电路（5）包括有型号接受模块（51）、驱动芯片（52）、电流放大电路（53）和驱动输出电路（54）；
所述的驱动输出电路（54）输出端连接于所述的的控制器（2）；
所述的电流放大电路（53）包括有场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R6、电阻R7、限流电阻R8、限流电阻R9、瞬变抑制二极管D1、瞬变抑制二极管D2、瞬变抑制二极管D3和瞬变抑制二极管D4，所述的电阻R6和电阻R7分别连接场效应管Q2和Q1的栅极，场效应管Q2的漏极连接电源Vcc2端，源极经限流电阻R8连接IGBT的栅极，场效应管Q1的源极连接GND端，漏极经限流电阻R9连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D3的正、负极分别连接场效应管Q2的源极和漏极，瞬变抑制二极管D4的正、负极分别连接场效应管Q1的源极和漏极，瞬变抑制二极管D1和D2反向串联，瞬变抑制二极管D1的负极连接IGBT的栅极，瞬变抑制二极管D2的负极连接IGBT的发射极，IGBT的发射极连接电源Vcc1端；
所述的驱动芯片（52）的有2脚，驱动芯片（52）IC2的1脚上连接有电阻R3，电阻R3连接电源Vcc2端，3脚接GND端，4脚接有电阻R5，电阻R5接GND端，5脚架空，8脚连接有电阻R4，电阻R4连接GND端，6脚连接电源Vcc2端，6脚还分别连接有电容C2和极性电容C1的正极，电容C2和极性电容C1的负极均连接GND端，7脚输出分为两路，一路连接电阻R6，另一路连接电阻R7。
3.如权利要求1所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述控制器（2）还分别连接有欠压保护电路和短路保护电路。
4.如权利要求3所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述的IGBT动态故障检测电路（3），通过反馈信号，传输给控制器（2），分别接收欠压保护电路的欠压故障信号和来自于短路保护电路的短路故障信号，控制器（2）通过检测判断工作状态和故障情况，动态显示工作状态，然后，工作状态，然后，控制器（2）输出待处理信号到电路。
5.如权利要求1所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述IGBT芯片（1）与驱动电路（5）之间连接有驱动保护电路（8）。
6.如权利要求5所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述驱动保护电路（8）包括三极管T1、二极管D4、滤波电容C3、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和反相放大器U1，所述IGBT芯片（1）的输入端通过电阻R12连接至三极管T1的基极，所述三极管T1的基极通过电阻R13连接至三极管T1的发射极，所述三极管T1的发射极连接接地端，所述三极管T1的集电极连接有正电源源，二极管D4的负极与三极管T1的集电极相连，二极管D4的正极依次连接电阻R10、滤波电容C3以及接地端，所述电阻R11并联连接于二极管D4和电阻R10的两端，所述电阻R10通过反相放大器U1连接至驱动电路（5）的输入端。
7.如权利要求6所述的IGBT保护及驱动电路，其特征在于：所述三极管T1的基极和发射极之间连接有电阻R12。
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