CN105958447B - 一种igbt短路保护电路及其应用的风扇控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT短路保护电路及其应用的风扇电路，该IGBT短路保护电路包括电源模块、IGBT控制模块、由电源模块供电的IGBT驱动电源模块、MCU模块，该IGBT驱动电源模块与IGBT控制模块电性连接以驱动IGBT控制模块，还包括用于在负载电流过大或者短路时控制IGBT控制模块断开的IGBT短路保护模块，该IGBT短路保护模块分别与IGBT控制模块、MCU模块电性连接，此IGBT短路保护电路可应用于各类电器的驱动电路中，本设计电路结构简单，在负载出现故障时动作迅速，直接关断IGBT控制模块，使IGBT驱动元件以及整个电路元件得到有效保护。

Description

一种IGBT短路保护电路及其应用的风扇控制电路
技术领域
本发明涉及一种保护电路，特别是一种IGBT短路保护电路及其应用的风扇控制电路。
背景技术
由IGBT驱动元件组成的IGBT控制模块有自关断、开关频率高的优点，被广泛应用在各类电器的驱动电路中，以往的IGBT控制模块，没有对IGBT控制模块进行检测以及保护，在负载的电流过大或者短路时，将会导致IGBT驱动元件烧坏。
对于一种应用了IGBT控制模块的风扇驱动电路，其中风扇中灯具部分由IGBT控制模块驱动，在对灯具进行控制时，当IGBT控制的负载电流过大或者短路，IGBT控制模块没有及时的作出反应，灯具部分的电路元件乃至整个风扇电路元件都存在损坏的可能，最后可能烧坏电源保险丝，后果非常严重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种IGBT短路保护电路及其应用的风扇控制电路。
本发明采用的技术方案是：
一种IGBT短路保护电路，包括电源模块、IGBT控制模块、由电源模块供电的IGBT驱动电源模块、MCU模块，该IGBT驱动电源模块与IGBT控制模块电性连接以驱动IGBT控制模块，还包括用于在负载电流过大或者短路时控制IGBT控制模块断开的IGBT短路保护模块，该IGBT短路保护模块分别与IGBT控制模块、MCU模块电性连接。
所述IGBT短路保护模块包括用于控制IGBT控制模块进入阻断状态的IGBT短路一次保护模块、用于对阻断状态进行锁死的IGBT短路二次保护模块，该IGBT短路一次保护模块分别与IGBT控制模块、IGBT驱动电源模块、MCU模块电性连接，该IGBT短路二次保护模块分别与IGBT控制模块、IGBT驱动电源模块、MCU模块电性连接。
所述IGBT短路一次保护模块包括光电耦合器OPT1、三极管Q1、限流模块，该光电耦合器OPT1的输出端连接MCU模块，该光电耦合器OPT1的阳极连接IGBT驱动电源模块的输出端，该三极管Q1的集电极分别连接光电耦合器OPT1的阴极、IGBT控制模块的门极、IGBT驱动电源模块的输出端，该三极管Q1的发射极接地，该三极管Q1的基极连接限流模块的输出端，该限流模块的输入端连接IGBT控制模块的发射极。
所述的限流模块包括电阻R1、电阻R2，该电阻R1的一端连接三极管Q1的基极，该电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、IGBT控制模块的发射极，该电阻R2的另一端接地。
所述IGBT短路二次保护模块包括光电耦合器OPT2，该光电耦合器OPT2的输出端连接MCU模块，该光电耦合器OPT2的集电极连接IGBT驱动电源模块的输出端，该光电耦合器OPT2的发射极连接所述三极管Q1的基极。
一种风扇控制电路，应用本IGBT短路保护电路，包括由电源模块供电的风扇驱动模块、灯具L1驱动模块，所述MCU模块分别连接风扇驱动模块、灯具L1驱动模块，该灯具L1驱动模块内设置有IGBT控制模块且通过IGBT控制模块实现对灯具L1控制。
本风扇控制电路还包括由电源模块供电的风扇摇头指示灯驱动模块，该风扇摇头指示灯驱动模块包括用于指示风扇摇头状态的指示灯L2、三极管Q2、继电器RE2，该三极管Q2分别连接继电器RE2、MCU模块，该继电器RE2分别连接指示灯L2、外部控制风扇摇头的电机，该三极管Q2用于接收MCU模块控制信号以控制继电器RE2的开断，进而控制指示灯L2的开关以及控制风扇摇头的电机的动作。
本风扇控制电路还包括用于接收遥控指令的RF接收模块，该RF接收模块分别与MCU模块、电源模块电性连接。
本风扇控制电路还包括过零检测模块，该过零检测模块与MCU模块电性连接。
本风扇控制电路还包括用于防止风扇驱动模块电压过大且泄放电压的过压保护模块，该过压保护模块与风扇驱动模块电性连接。
本发明的有益效果：
本发明IGBT短路保护电路，将IGBT控制模块分别连接IGBT短路一次保护模块、IGBT短路二次保护模块，当IGBT控制模块连接的负载出现电流过大或者短路时，IGBT短路一次保护模块内的三极管Q1的基极中流过的电流足以使三极管Q1导通，IGBT控制模块的门极不上电，进而使IGBT控制模块关断，保护IGBT控制模块以及防止负载元件被烧坏，IGBT短路一次保护模块内的光电耦合器OPT1同时将阻断信号输入到MCU模块，MCU模块接收到光电耦合器OPT1的阻断信号后持续向IGBT短路二次保护模块发出约3秒锁死信号，IGBT短路二次保护模块内的光电耦合器OPT2导通，使三极管Q1保持导通，进而锁死IGBT控制模块的关断状态约3秒。在锁死过程中，有效对IGBT控制模块进行保护，3秒后，若负载恢复正常，电路将正常工作，若负载仍处于短路状态，将继续对电路进行保护。
本设计电路结构简单，在负载出现故障时动作迅速，直接关断IGBT控制模块，使IGBT驱动元件以及整个电路元件得到有效保护。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明保护电路及其应用的风扇电路MCU模块的电路图。
图2是本发明保护电路及其应用的风扇电路灯具L1驱动模块及IGBT短路保护模块的电路图。
图3是本发明保护电路及其应用的风扇电路电源模块的电路图。
图4是本发明保护电路及其应用的风扇电路的原理图。
图5是本发明保护电路及其应用的风扇电路RF接收模块的电路图。
图6是本发明保护电路及其应用的风扇电路过零检测模块的电路图。
图7是本发明保护电路及其应用的风扇电路风扇驱动模块及风扇过压保护模块的电路图。
图8是本发明保护电路及其应用的风扇电路风扇摇头指示灯驱动模块的电路图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明IGBT短路保护电路包括电源模块1、IGBT控制模块2、由电源模块1供电的IGBT驱动电源模块3、MCU模块4，IGBT控制模块2内包括一个或多个IGBT驱动元件，本实施例中IGBT控制模块包括一个IGBT驱动元件，IGBT驱动电源模块3与IGBT控制模块2电性连接以驱动IGBT控制模块2。
为了防止IGBT控制模块2在负载电流过大或短路时损坏，我们对驱动电路的结构作出改进，如图1、图2所示，本设计IGBT短路保护电路还包括用于在负载电流过大或者短路时控制IGBT控制模块2断开的IGBT短路保护模块5，该IGBT短路保护模块5分别与IGBT控制模块2、MCU模块4电性连接，此处的IGBT短路保护电路5包括有两部分：
一、用于控制IGBT控制模块2进入阻断状态的IGBT短路一次保护模块51，IGBT短路一次保护模块51分别与IGBT控制模块2、IGBT驱动电源模块3、MCU模块4电性连接，该IGBT短路一次保护模块51包括光电耦合器OPT1、三极管Q1、限流模块511，其中限流模块511包括电阻R1、电阻R2，IGBT短路一次保护模块51的具体结构为：整个IGBT短路一次保护模块51中总共包括光电耦合器OPT1、三极管Q1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，该光电耦合器OPT1的发射极连接-5V，该光电耦合器OPT1的集电极分别连接电阻R4的一端、MCU模块4，电阻R4的另一端接地，该光电耦合器OPT1的阳极连接电阻R3的一端，该电阻R3的另一端连接IGBT驱动电源模块3的输出端，该三极管Q1的集电极分别连接光电耦合器OPT1的阴极、二极管D1的阴极，该三极管Q1的发射极接地，该三极管Q1的基极连接电阻R1的一端，该电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、IGBT控制模块2的发射极，该电阻R2的另一端接地，该二极管D1的阳极分别连接IGBT控制模块2的门极、IGBT驱动电源模块3的输出端。
二、用于对阻断状态进行锁死的IGBT短路二次保护模块52，IGBT短路二次保护模块52分别与IGBT控制模块2、IGBT驱动电源模块3、MCU模块4电性连接，IGBT短路二次保护模块52的具体结构为：IGBT短路二次保护模块52包括光电耦合器OPT2、电阻R5、电阻R6，该光电耦合器OPT2的阳极连接电阻R5的一端，该电阻R5的另一端接地，该光电耦合器OPT2的阴极连接MCU模块4，该光电耦合器OPT2的集电极连接IGBT驱动电源模块3的输出端，该光电耦合器OPT2的发射极连接电阻R6的一端，该电阻R6的另一端连接所述三极管Q1的基极。
本设计通过IGBT短路一次保护模块51、IGBT短路二次保护模块52的共同作用对IGBT控制模块2进行保护，当IGBT控制模块2连接的负载出现电流过大或者短路时，IGBT短路一次保护模块51内的三极管Q1的基极中流过的电流增大到足以使三极管Q1导通，IGBT控制模块2的门极接地，进而使IGBT控制模块2关断，保护IGBT控制模块2以及防止负载元件被烧坏，同时，IGBT短路一次保护模块51内的光电耦合器OPT1将阻断信号输入到MCU模块4，MCU模块4接收到光电耦合器OPT1的阻断信号后持续向IGBT短路二次保护模块52发出约3秒锁死信号，IGBT短路二次保护模块52内的光电耦合器OPT2导通，使三极管Q1保持导通，进而锁死IGBT控制模块2的关断状态约3秒。在锁死过程中，有效对IGBT控制模块2进行保护，3秒后，若负载恢复正常，电路将正常工作，若负载仍处于短路状态，将继续对电路进行保护。
此结构的IGBT短路保护电路被广泛应用在各类电器的驱动电路中，我们将本设计融入到风扇控制电路中，电源模块1内包括开关电源芯片、电压转换芯片，电源模块1将交流220V电压转换成-12V电压以及-5V电压且给IGBT驱动电路、风扇控制电路供电。
如图4-图8所示，风扇控制电路包括由电源模块1供电的风扇驱动模块6、灯具L1驱动模块7、风扇摇头指示灯驱动模块8、用于接收遥控指令的RF接收模块9、过零检测模块10、用于防止风扇驱动模块6电压过大且泄放电压的过压保护模块11，指示灯L2用于显示风扇的运行状态，所述MCU模块4分别连接风扇驱动模块6、灯具L1驱动模块7、风扇摇头指示灯驱动模块8、RF接收模块9、过零检测模块10、过压保护模块11，该电源模块1向RF接收模块9供电，该灯具L1驱动模块7内设置有IGBT控制模块2且通过IGBT控制模块2实现对灯具L1控制。
RF接收模块9内设置有无线芯片，如图5所示，用户可以通过无线设备对风扇进行控制。
过零检测模块10内设置有稳压二极管，如图6所示，在输入波形半周转换经过零位时，MCU模块4发出检测指令且通过稳压二极管降低浪涌电流。
风扇驱动模块6内包括用于驱动风扇电机的双向晶闸管，如图7所示，MCU模块4连接双向晶闸管以控制风扇电机，过压保护模块11包括由三极管组成的检测开关电路以对风扇驱动模块6进行过压检测，当风扇驱动模块6出现故障，过压保护模块11内的三极管导通，并将信号输入到MCU模块4中，MCU模块4输出信号到双向晶闸管阻断风扇电机运转，保护风扇驱动模块6。
如图8所示，风扇摇头指示灯驱动模块8包括用于指示风扇摇头状态的指示灯L2、三极管Q2、继电器RE2，该三极管Q2分别连接继电器RE2、MCU模块4，该继电器RE2分别连接指示灯L2、外部控制风扇摇头的电机，该三极管Q2用于接收MCU模块4控制信号以控制继电器RE2的开断，进而控制指示灯L2的开关以及控制风扇摇头的电机的动作。
本设计应用在风扇电路中，通过IGBT短路保护模块5、过压保护模块11进行检测、保护，在风扇、灯具L1、指示灯L2负载出现故障时动作迅速，准确地检测故障位置并向MCU模块4发出信号，MCU模块4向相应的故障元件发出信号并将其关断，灯具L1短路时IGBT短路保护模块5直接关断IGBT控制模块2且锁死，使IGBT驱动元件以及整个电路元件得到有效保护。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种IGBT短路保护电路，包括电源模块(1)、IGBT控制模块(2)、由电源模块(1)供电的IGBT驱动电源模块(3)、MCU模块(4)，该IGBT驱动电源模块(3)与IGBT控制模块(2)电性连接以驱动IGBT控制模块(2)，其特征在于：还包括用于在负载电流过大或者短路时控制IGBT控制模块(2)断开的IGBT短路保护模块(5)，该IGBT短路保护模块(5)分别与IGBT控制模块(2)、MCU模块(4)电性连接；所述IGBT短路保护模块(5)包括用于控制IGBT控制模块(2)进入阻断状态的IGBT短路一次保护模块(51)、用于对阻断状态进行锁死的IGBT短路二次保护模块(52)，该IGBT短路一次保护模块(51)分别与IGBT控制模块(2)、IGBT驱动电源模块(3)、MCU模块(4)电性连接，该IGBT短路二次保护模块(52)分别与IGBT控制模块(2)、IGBT驱动电源模块(3)、MCU模块(4)电性连接；所述IGBT短路一次保护模块(51)包括光电耦合器OPT1、三极管Q1、限流模块(511)，该光电耦合器OPT1的输出端连接MCU模块(4)，该光电耦合器OPT1的阳极连接IGBT驱动电源模块(3)的输出端，该三极管Q1的集电极分别连接光电耦合器OPT1的阴极、IGBT控制模块(2)的门极、IGBT驱动电源模块(3)的输出端，该三极管Q1的发射极接地，该三极管Q1的基极连接限流模块(511)的输出端，该限流模块(511)的输入端连接IGBT控制模块(2)的发射极。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT短路保护电路，其特征在于：所述的限流模块(511)包括电阻R1、电阻R2，该电阻R1的一端连接三极管Q1的基极，该电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、IGBT控制模块(2)的发射极，该电阻R2的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT短路保护电路，其特征在于：所述IGBT短路二次保护模块(52)包括光电耦合器OPT2，该光电耦合器OPT2的输出端连接MCU模块(4)，该光电耦合器OPT2的集电极连接IGBT驱动电源模块(3)的输出端，该光电耦合器OPT2的发射极连接所述三极管Q1的基极。
4.一种应用权利要求1-3任一所述IGBT短路保护电路的风扇控制电路，其特征在于：包括由电源模块(1)供电的风扇驱动模块(6)、灯具L1驱动模块(7)，所述MCU模块(4)分别连接风扇驱动模块(6)、灯具L1驱动模块(7)，该灯具L1驱动模块(7)内设置有IGBT控制模块(2)且通过IGBT控制模块(2)实现对灯具L1控制。
5.根据权利要求4的风扇控制电路，其特征在于：还包括由电源模块(1)供电的风扇摇头指示灯驱动模块(8)，该风扇摇头指示灯驱动模块(8)包括用于指示风扇摇头状态的指示灯L2、三极管Q2、继电器RE2，该三极管Q2分别连接继电器RE2、MCU模块(4)，该继电器RE2分别连接指示灯L2、外部控制风扇摇头的电机，该三极管Q2用于接收MCU模块(4)控制信号以控制继电器RE2的开断，进而控制指示灯L2的开关以及控制风扇摇头的电机的动作。
6.根据权利要求4的风扇控制电路，其特征在于：还包括用于接收遥控指令的RF接收模块(9)，该RF接收模块(9)分别与MCU模块(4)、电源模块(1)电性连接。
7.根据权利要求4的风扇控制电路，其特征在于：还包括过零检测模块(10)，该过零检测模块(10)与MCU模块(4)电性连接。
8.根据权利要求4的风扇控制电路，其特征在于：还包括用于防止风扇驱动模块(6)电压过大且泄放电压的过压保护模块(11)，该过压保护模块(11)与风扇驱动模块(6)电性连接。
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