CN107852156B - 用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路装置，该电路装置带有输入端、输出端和保护电路，输入端带有与供电网络连接的第一输入端接头和第二输入端接头，输出端带有第一输出端接头和第二输出端接头，要保护的单元能连接在所述第一输出端接头和第二输出端接头上，保护电路设置在所述第一输入端接头和第二输入端接头之间，以便限制施加在所述第一输入端接头和第二输入端接头上的电压，其中，该保护电路具有功率半导体IGBT和用于该功率半导体的驱控装置。按照本发明，该驱控装置构造成驱动器，该驱动器借助逻辑组件LB识别过电压事件以及在过电压事件时激活功率半导体IGBT直至该事件消退，并且为此用直至100V的提高的门极电压在陡峭的开关沿的情况下驱控功率半导体IGBT。

Description

用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路 装置
技术领域
本发明涉及一种用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路装置，该电路装置带有输入端、输出端和保护电路，所述输入端带有与供电网络连接的第一输入端接头和第二输入端接头，所述输出端带有第一输出端接头和第二输出端接头，要保护的单元能连接在所述第一输出端接头和第二输出端接头上，所述保护电路设置在所述第一输入端接头和第二输入端接头之间，以便限制施加在所述第一输入端接头和第二输入端接头上的电压，其中，该保护电路具有功率半导体(IGBT)和用于该功率半导体的驱控装置。
背景技术
由DE102012223088A1已知用于功率半导体的控制电路，该控制电路也适用于驱控IGBT。所述控制电路具有定时装置，该定时装置响应于在不同驱控系统之间的驱控电路信号而触发切换过程。对此，已知的电路具有减小EMI噪声并且能够取消门极电压监控的优点。
在按照EP1292027B1所述的带有半导体结构元件和用于驱控IGBT的驱动电路的智能的功率模块中，并联的IGBT模块具有集成的驱动电路，所述驱动电路用于内部保护那里存在的构件并且切断功率半导体以进行过载保护。
发明内容
由前述内容可知本发明的任务是，提出一种用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的进一步改进的电路装置，其中，设置保护电路，以便限制施加在输入端上的电压。在此，对于该保护电路诉诸于至少一个功率半导体、特别是IGBT，连同用于该功率半导体的驱控装置。按照本发明的任务，用于保护电路的驱动器不应持续工作，而是仅在过电压事件时才起作用。该驱动器还应能够自主工作，以便即使在没有上级的控制信号的情况下也能联合功率半导体实现期望的保护目的。
用按照本发明所述的电路装置来解决本发明的所述任务。
本发明涉及一种用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路装置，该电路装置带有输入端、输出端和保护电路，所述输入端带有与供电网络连接的第一输入端接头和第二输入端接头，所述输出端带有第一输出端接头和第二输出端接头，要保护的单元能连接在所述第一输出端接头和第二输出端接头上，所述保护电路设置在所述第一输入端接头和第二输入端接头之间，以便限制施加在所述第一输入端接头和第二输入端接头上的电压，其中，该保护电路具有功率半导体和用于该功率半导体的驱控装置，其特征在于，该驱控装置构造成驱动器，该驱动器借助逻辑组件识别过电压事件以及在过电压事件时激活功率半导体直至该事件消退，并且为此用直至100V的提高的门极电压在陡峭的开关沿的情况下驱控功率半导体，其中，所述逻辑组件具有用于在纳秒范围内鉴定过电压事件的器件并根据识别到的过电压脉冲长度提供用于驱控功率半导体的输出信号，所述逻辑组件具有微控制器，该微控制器的信号输入端与比较器并联，其中，微控制器的输出端和比较器的输出端到达放大电路的各一个输入端上，放大电路的输出端引到所述功率半导体的门极上，此外，在所述单元的输入端上为了防过电压连接着TVS二极管，该TVS二极管与微控制器的信号输入端连接且在击穿时提供触发信号。
因此本发明的基本构思在于，设置逻辑组件，该逻辑组件能够识别过电压事件。所述逻辑组件然后在识别到瞬态的过电压事件的时间内承担起驱控功率半导体的功能的任务。
按照本发明，为了让所使用的功率半导体能够承受所需的浪涌电流，设法用直至100V的提高的门极电压和相应陡峭的开关沿来驱控所述功率半导体。门极电压的提高通常导致相应被驱控的功率半导体的饱和电流的二次幂上升。
此外，所述逻辑组件能够承担起对浪涌电流放电器、亦即功率半导体连同额外使用的形式为晶闸管的续流限制器在内的时间上的协调的任务。
所述逻辑组件因此能够评估快速的瞬态事件，例如进行浪涌电流的峰值探测、实现浪涌电流的电荷探测或用作脉冲计数器。
在本发明的扩展方案中，在输出端接头上，近似并联于功率半导体地设有晶闸管，该晶闸管与逻辑组件连接，其中，所述逻辑组件为了限制续流的目的而时间协调地激活该晶闸管。
所述逻辑组件进一步具有用于在纳秒范围内鉴定过电压事件的器件以及根据识别到的过电压脉冲长度提供用于驱控功率半导体的输出信号。
在一种优选的设计方案中，按照本发明的逻辑组件包括微控制器，该微控制器的信号输入端与比较器并联。
所述微控制器的输出端和所述比较器的输出端位于放大电路的各一个输入端上，该放大电路的输出端则被引到功率半导体的门极上。在所述单元的输入端上为了防过电压而连接着一个TVS二极管，该TVS二极管与微控制器的信号输入端和同样连接在那的比较器的信号输入端连接且在击穿时提供触发信号。
微控制器由于其预定的时钟频率而具有有限的反应速度。该问题通过并联所述比较器来解决。该比较器在过电压脉冲的第一瞬间承担起对放大电路的驱控以及因此对功率半导体的驱控的任务。一旦所述微控制器可以承担起控制的任务，比较器就被切断，因为仅实际的接通瞬间显示对时间要求严格的。
在本发明教导的扩展方案中，功率半导体用另一个TVS二极管在该功率半导体的门极上进行钳位，以便调和所述比较器的反应时间和所述用作驱动器的放大电路的反应时间。
附图说明
接下来应当借助实施例并参考附图详细阐释本发明。
图中：
图1示出了按照本发明的电路装置的框图；以及
图2示出了逻辑组件的一个实施方式，所述逻辑组件带有用于驱控功率半导体(IGBT)的驱动功能。
具体实施方式
按照图1的电路装置具有输入端E和输出端A。在输入端E上施加供电网络的电压。在输出端A上可以连接要保护的单元(未被示出)。
所述电路装置包括保护电路，该保护电路由功率半导体IGBT和晶闸管TH构成。在过电压的情况下，所述功率半导体IGBT承受浪涌电流。而所述晶闸管TH则用作续流限制器Ifolge。
功率半导体IGBT的门极与放大电路的或者说驱动器T的输出端连接，所述放大电路的或者说驱动器的输入端连接在逻辑组件LB的输出端上。
所述逻辑组件LB在输入端侧与电路装置的输入端，也就是说与供电网络连接。
所述逻辑组件承担起对干扰电压事件进行识别的任务并且依据所识别到的脉冲长度提供驱控信号。所述逻辑组件在此既可以识别TOV事件也可以承担起协调浪涌电流熄弧Istoβ和续流熄弧Ifolge的任务。还额外能实现一般的脉冲评估以及能实现在所述电路装置的负载识别方面的可视化。
图2的图示涉及针对逻辑组件连同在用于IGBT的快速的驱动电路方面的驱动器在内的设计方案的一个具体的实施例。
在与此有关的电路装置的输入端上连接着第一TVS二极管TVS1。该二极管向微控制器μC在该微控制器的输入端上提供一个触发信号。该微控制器μC在例如最大10MHz的时钟频率时具有在1至2μs范围内的有限的反应速度。出于该原因，按照图2所示，在微控制器μC的输入端上连接一个比较器K，该比较器具有约4ns的反应速度。因此比较器K与微控制器μC并行。该比较器K在由TVS二极管TVS1提供的脉冲的第一瞬间承担起对电路进行驱控的任务，直至所述微控制器μC起作用。
所述比较器K例如可以构成为运算放大器。备选也可以使用MOSFET，其阈值电压被视作是参考电压并且因此造成与运算放大器相同的功能。这种实现方案是成本有利的并且也降低了驱动电路的能耗。
一旦微控制器μC已经承担起控制的任务，那么该微控制器就切断比较器K，因为最终仅真正的接通瞬间对时间要求严格。
在切断期间可能会耗费所述微控制器μC的反应时间。
额外为IGBT在其门极和其集电极之间设置另一个用于构成钳位电路的TVS二极管TVS2。由此用驱动功能来调和比较器K的反应时间和放大电路T的反应时间。
放大器T在IGBT的门极上提供提高的电压，因而功率半导体IGBT的浪涌电流承受能力以期望的程度提升。
此外，所述微控制器μC可以在整个电路装置的工作方式方面承担起监控功能的任务，但也可以承担起供电网络分析功能的任务。
用附图标记Rg表示门极串联电阻。该门极串联电阻可以由多个电阻和二极管的串联或并联构成。该门极串联电阻决定了IGBT的开关速度。
电阻R1用于限制通过二极管TVS1和Z1的电流。
电容器C2负责为微控制器μC的输入端排除干扰。就此而言，R1和C2形成了一个低通滤波器。由此防止了误触发。所述低通滤波器也可以用作延迟环节。

Claims (3)

1.用于对要由供电网络运行的单元进行保护以防过电压的电路装置，该电路装置带有输入端(E)、输出端(A)和保护电路，所述输入端带有与供电网络连接的第一输入端接头和第二输入端接头，所述输出端带有第一输出端接头和第二输出端接头，要保护的单元能连接在所述第一输出端接头和第二输出端接头上，所述保护电路设置在所述第一输入端接头和第二输入端接头之间，以便限制施加在所述第一输入端接头和第二输入端接头上的电压，其中，该保护电路具有功率半导体(IGBT)和用于该功率半导体(IGBT)的驱控装置，其特征在于，该驱控装置构造成驱动器(T)，该驱动器借助逻辑组件(LB)识别过电压事件以及在过电压事件时激活功率半导体(IGBT)直至该事件消退，并且为此用直至100V的提高的门极电压在陡峭的开关沿的情况下驱控功率半导体(IGBT)，其中，所述逻辑组件(LB)具有用于在纳秒范围内鉴定过电压事件的器件并根据识别到的过电压脉冲长度提供用于驱控功率半导体(IGBT)的输出信号，所述逻辑组件(LB)具有微控制器(μC)，该微控制器的信号输入端与比较器(K)并联，其中，微控制器(μC)的输出端和比较器(K)的输出端到达放大电路的各一个输入端上，放大电路的输出端引到所述功率半导体(IGBT)的门极上，此外，在所述单元的输入端上为了防过电压连接着TVS二极管(TVS1)，该TVS二极管与微控制器(μC)的信号输入端连接且在击穿时提供触发信号。
2.按照权利要求1所述的电路装置，其特征在于，在所述输出端接头上设置晶闸管(TH)，该晶闸管与所述逻辑组件(LB)连接，其中，所述逻辑组件(LB)为了限制续流的目的而时间协调地激活晶闸管(TH)。
3.按照权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，在所述功率半导体(IGBT)的门极和该功率半导体的集电极之间布置钳位二极管(TVS2)。
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