CN107947771A - 一种igbt保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于电子电路领域，提供了一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，通过检测单元检测桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并输出至峰值检测单元，该峰值检测单元获取集射极峰值电压并经保护信号生成单元处理输出保护信号。该保护电路可以在峰值电压高于预设值时输出相应的保护信号控制IGBT电路停止工作，有效避免了IGBT工作电流太大引起炸机危险。电路本身结构简单且元器件较少，另外，与现有的短路电流检测电路相比无需任何驱动芯片，节约了成本。解决了现有技术中IGBT的短路检测电路电子元器件较多、电路构成复杂、且过多的电子元器件导致电路可靠性和稳定性降低，同时带来高昂成本的问题。

Description

一种IGBT保护电路
技术领域
本发明属于电子电路领域，尤其涉及一种IGBT保护电路。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)作为一种综合使用性能优良的电子元器件，应用十分广泛。
在现有技术中，为了防止IGBT短路引起元器件本身损坏甚至影响电路功能，往往设置检测电路对IGBT的工作电流进行实时监控。但是，现有的IGBT检测电路构成复杂，花费精力；且元器件众多，致使电路本身的可靠性和稳定性降低，给后期的维护也带来不便；另外，现有的IGBT保护检测电路需要选用相应的带IGBT短路检测保护的驱动芯片，该驱动芯片价格高昂，也不利于产品的成本控制。
发明内容
本发明提供一种IGBT保护电路，旨在解决现有技术中IGBT的短路检测电路电子元器件较多、电路构成复杂、且过多的电子元器件导致电路可靠性和稳定性降低，同时带来高昂成本的问题。
本发明是这样实现的，一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，包括：
检测单元，检测所述桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并将所述集射极电压输出至峰值检测单元；
峰值获取单元，与所述检测单元连接，获取所述集射极电压中的峰值电压并将所述峰值电压输出至保护信号生成单元；
保护信号生成单元，与所述峰值获取单元连接，将所述峰值电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出保护信号。
优选地，所述检测单元包括：
与下桥臂IGBT一一对应的IGBT检测回路，每一所述IGBT检测回路均包括从电压源开始依序设置的：
限流模块、反向电流截止模块，及下桥臂IGBT；
所述限流模块与所述反向电流截止模块之间的节点连接所述峰值获取单元。
优选地，所述检测单元还包括：
连接于所述IGBT与所述峰值获取单元之间的延时电路，包括从所述电压源开始依序设置的限流电阻及延时电容。
优选地，所述检测单元还包括：
连接于所述反向电流截止单元与所述峰值获取模块之间的第一滤波回路。
优选地，所述峰值获取单元包括：或门电路；
所述或门电路的输入端连接所述检测单元，输出端连接所述保护信号生成单元。
优选地，所述或门电路包括与所述IGBT检测电路一一对应的支路，每一个所述支路包括一个二极管；
所述二极管的输入端连接所述IGBT检测回路，输出端汇合之后连接至所述保护信号生成单元。
优选地，所述保护信号生成单元包括一比较器，所述比较器的反相输入端连接所述或门电路的输出端，同相输入端接基准电压，输出端输出保护信号；
所述基准电压根据所述下桥臂IGBT工作特性曲线的退饱和点对应的电压值进行设置。
优选地，所述保护电路还包括：
连接于所述IGBT检测回路与所述峰值获取单元之间的，与所述IGBT检测回路一一对应的分压回路，用于对所述检测单元输出的电压进行分压，并输出至所述峰值获取单元。
优选地，所述保护电路还包括：连接于所述IGBT检测回路与所述峰值获取单元之间的第二滤波回路。
优选地，所述保护电路还包括：自锁单元；
所述自锁单元包括与所述IGBT检测回路一一对应的自锁支路，每一个所述自锁支路包括一个二极管，所述二极管的阳极连接所述IGBT检测回路，阴极接与其对应的IGBT的栅极控制信号。
本发明实施例提供的一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，通过检测单元检测桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并输出至峰值检测单元，该峰值检测单元获取集射极峰值电压并经保护信号生成单元处理输出保护信号。该保护电路可以在峰值电压高于预设值时输出相应的保护信号控制IGBT电路停止工作，有效避免了IGBT工作电流太大引起炸机危险。电路本身结构简单且元器件较少，另外，与现有的短路电流检测电路相比无需任何驱动芯片，节约了成本。解决了现有技术中IGBT的短路检测电路电子元器件较多、电路构成复杂、且过多的电子元器件导致电路可靠性和稳定性降低，同时带来高昂成本的问题。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种IGBT保护电路；
图2是本发明实施例二提供的一种IGBT保护电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，可以在峰值电压高于预设值时输出相应的保护信号控制IGBT电路停止工作，有效避免了IGBT工作电流太大引起炸机危险。电路本身结构简单且元器件较少，另外，与现有的短路电流检测电路相比无需任何驱动芯片，节约了成本。
实施例一：
如图1所示为本发明实施例提供的一种IGBT保护电路的模块图。
本发明提供的一种IGBT保护电路，包括检测单元11、峰值获取单元12和保护信号生成单元13。
在本发明实施例中，检测单元11检测的IGBT的集射极之间的导通电压，其一端与上述的桥式逆变电路下桥臂的IGBT集电极连接，一端与电压源端连接，在检测到IGBT的集射极导通电压之后，输出相应的电压信号给峰值检测单元11。
本发明实施例以应用较为广泛的三相六臂全桥逆变电路为例进行举例说明，其中上述电路的下桥臂每一路都连接有IGBT，上述的检测单元11检测的是电路下桥臂每一路的IGBT的集射极导通电压。在本发明实施例中，峰值获取单元12与检测单元11连接，接收检测单元11输出的电压信号，在上述的实施例背景下，检测单元11输出三组电压信号，峰值获取单元12用于将这输出的三组电压取最大值并输出。
在本发明实施例中，保护信号生成单元13与上述的峰值获取单元12连接，将峰值获取单元12输出的电压信号与一预设的基准电压相比较，当峰值获取单元12输出的电压高于预设的基准电压时，保护信号生成单元13将输出保护信号关断IGBT，防止其导通电流过高引起IGBT炸机，进而影响整个电路。并且该保护电路反应迅速，可以及时响应IGBT导通电压的变化，在导通电压过压时及时关断IGBT，防止其持续处于过流状态时元件损坏。
本发明实施例提供的一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，通过检测单元11检测桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并输出至峰值检测单元11，该峰值检测单元11获取集射极峰值电压并经保护信号生成单元13处理输出保护信号。该保护电路可以在峰值电压高于预设值时输出相应的保护信号，控制IGBT电路停止工作，有效避免了IGBT工作电流太大引起炸机危险。电路本身结构简单且元器件较少，另外，与现有的短路电流检测电路相比无需任何驱动芯片，节约了成本。解决了现有技术中IGBT的短路检测电路电子元器件较多、电路构成复杂、且过多的电子元器件导致电路可靠性和稳定性降低，同时带来高昂成本的问题。
实施例二：
在本发明实施例中，检测单元11包括：与下桥臂IGBT一一对应的IGBT检测回路，每一路所述IGBT检测回路均包括从电压源开始依序设置的：
限流模块、反向电流截止模块，及下桥臂IGBT。
如图2所示为本发明实施例提供的一种IGBT保护电路，在本发明实施例中，同样以如上述的三相六臂全桥逆变电路为例进行举例说明，其中上桥臂的IGBT包括Q1、Q3和Q5，设置为悬空，而下桥臂的IGBT包括Q2、Q4和Q6，设置为共地，且Q2、Q4和Q6分别对应一路检测回路，如图2中，Q6对应的检测回路包括从电压源端Vcc开始，依序设置有限流模块，包括限流电阻R4；反向电流截止模块，包括二极管D3；以及下桥臂IGBT Q6。其中，限流模块用于防止Q6对应的检测回路的过流，反向截止模块中的D3正极接电压源Vcc，负极接Q6集电极和上桥臂IGBT Q5的发射极，用于截止Q5导通过程中产生的反向电流，避免其影响检测回路对Q6的导通电压的检测。
在本发明实施例中，限流模块与反向电流截止模块之间的节点，即电阻R4和R1之间的节点，连接峰值获取单元12，峰值获取单元12即可获取上述节点的电压值。
与上述同理，Q4对应的检测回路包括R5、D2和Q4；Q2对应的检测回路包括R6、D1和Q2，具体此处不再赘述。并且二极管D1、D2和D3都为高压二极管，可以有效防止反向击穿。
在本发明实施例中，上述的检测单元11还包括延时电路，该延时电路包括从所述电压源开始依序设置的限流电阻及延时电容。在本发明实施例中，该保护电路共包括三个延时电路，分别对应Q6、Q4和Q2。其中，Q6对应的延时电路包括从电压源端依序设置的限流电阻R4和延时电容C3。
在Q6刚接通时，根据IGBT的元件特性，其从刚开始接通到其到达正常工作状态的时间段为其开通区间，在这个开通区间里，Q6的导通电压慢慢降低，直至下降至其正常工作电压，而在下降到正常工作电压之前，其导通电压由于过大，检测单元11检测到该电压，经峰值获取单元12到达保护信号生成单元13，就会发生误检测、误关断，影响电路的正常运作。
因此本发明实施例中提供的延时电路，电压源端接延时电容C3，在Q6刚刚接通时，为C3充电，而电容C3的充电时间就可使检测单元11避开对Q6在处于开通区间时的高电压的采集，保证了整个保护电路的运作准确性。
与上述同理，对于Q4和Q2分别对应的延时电路，具体此处不再赘述。
在本发明实施例中，检测单元11还包括连接于所述反向电流截止单元与所述峰值获取模块之间的第一滤波回路，本实施例中的保护电路，如图2所示，该滤波回路与IGBT一一对应，其中Q6对应的第一滤波回路包括电阻R1和电容C3，Q4对应的第一滤波回路包括电阻R2和电容C2，Q2对应的第一滤波回路包括电阻R3和电容C1。
在本发明的另一实施例中，峰值获取单元12包括或门电路；所述或门电路的输入端连接所述检测单元11，输出端连接所述保护信号生成单元13，用于获取从检测单元11获取到的Q2、Q4和Q6的导通电压并将上述的电压值最高的电压输出至保护信号获取单元。
在本发明实施例中，所述或门电路包括与所述IGBT检测电路一一对应的支路，每一个所述支路包括一个二极管；所述二极管的输入端连接所述IGBT检测回路，输出端汇合之后连接至所述保护信号生成单元13。如图2所示，二极管D4对应Q6的检测回路，二极管D5对应Q4检测回路，二极管Q6对应Q2的检测回路，其中二极管D4、D5和D6皆为肖特基二极管。
在本发明的另一实施例中，如图2，保护信号生成单元13包括比较器U1A，所述比较器的反相输入端2连接所述或门电路的输出端，同相输入端3接基准电压，输出端1用于输出保护信号。
在本发明实施例中，比较器同相输入端3输入预设的基准电压，该基准电压根据下桥臂IGBT工作特性曲线的退饱和点对应的电压值进行设置。当比较器U1A的反相输入端2输入的电压值高于同相输入端3输入的基准电压值，则输出端1输出保护信号控制下桥臂对应的IGBT关断。
在本发明的另一实施例中，保护电路还包括与所述IGBT检测回路一一对应的分压回路，如图2所示，分别为：Q6对应的分压回路，包括电阻R7和R10，Q4对应的分压回路，包括电阻R8和R11，Q2对应的分压回路，包括R9和R12，上述的分压回路皆用于对所述检测单元11输出的电压进行分压，并输出至所述峰值获取单元12。在本发明实施例中，基准电压的值根据系统电源进行设定，上述分压回路的分压比例根据基准电压的值进行调整设置。
在本发明的另一实施例中，所述保护电路还包括连接于所述IGBT检测回路与所述峰值获取单元12之间的第二滤波回路。如图2所示，IGBT Q2、Q4和Q6分别对应一路第二滤波回路，具体的，Q2对应的第二滤波回路包括电阻R12和电容C6，Q4对应的第二滤波回路包括电阻R11和电容C5，Q6对应的第二滤波回路包括电阻R10和电容C4。
在本发明的另一实施例中，所述保护电路还包括：自锁单元；
所述自锁单元包括与所述IGBT检测回路一一对应的自锁支路，每一个所述自锁支路包括一个二极管，所述二极管的阳极连接所述IGBT检测回路，阴极接与其对应的IGBT的栅极控制信号。
在本发明实施例中，如图2所示，二极管D7所在自锁支路对应Q6所对应的检测回路，二极管D8所在自锁支路对应Q4所对应的检测回路，二极管D9所在的自锁支路对应Q2所对应的检测回路。
以Q2对应的检测回路对应的自锁支路为例，Q2开通时，UL端口电压为15V左右，二极管D6导通，D9截止，此时对Q2集射极导通电压进行检测；Q2关断时，UL端口处于低电平状态，具体为0V，二极管D6的正极被钳位在0.7V左右，因此二极管D6截止，而D9导通，此时不对Q2的集射极导通电压进行检测，因此该自锁回路可以有效防止IGBT在关断时保护电路误动作。
与上述同理，Q4和Q6对应的自锁回路不再赘述。
本发明实施例提供的一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，通过检测单元11检测桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并输出至峰值检测单元11，该峰值检测单元11获取集射极峰值电压并经保护信号生成单元13处理输出保护信号。该保护电路可以在峰值电压高于预设值时输出相应的保护信号控制IGBT电路停止工作，有效避免了IGBT工作电流太大引起炸机危险。电路本身结构简单且元器件较少，另外，与现有的短路电流检测电路相比无需任何驱动芯片，节约了成本。解决了现有技术中IGBT的短路检测电路电子元器件较多、电路构成复杂、且过多的电子元器件导致电路可靠性和稳定性降低，同时带来高昂成本的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种IGBT保护电路，应用于桥式逆变电路，其特征在于，包括：
检测单元，检测所述桥式逆变电路下桥臂的IGBT集射极电压，并将所述集射极电压输出至峰值检测单元；
峰值获取单元，与所述检测单元连接，获取所述集射极电压中的峰值电压并将所述峰值电压输出至保护信号生成单元；
保护信号生成单元，与所述峰值获取单元连接，将所述峰值电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出保护信号。
2.如权利要求1所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述检测单元包括：
与下桥臂IGBT一一对应的IGBT检测回路，每一所述IGBT检测回路均包括从电压源开始依序设置的：
限流模块、反向电流截止模块，及下桥臂IGBT；
所述限流模块与所述反向电流截止模块之间的节点连接所述峰值获取单元。
3.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述检测单元还包括：
连接于所述IGBT与所述峰值获取单元之间的延时电路，包括从所述电压源开始依序设置的限流电阻及延时电容。
4.如权利要求3所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述检测单元还包括：
连接于所述反向电流截止单元与所述峰值获取模块之间的第一滤波回路。
5.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述峰值获取单元包括：或门电路；
所述或门电路的输入端连接所述检测单元，输出端连接所述保护信号生成单元。
6.如权利要求5所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述或门电路包括与所述IGBT检测电路一一对应的支路，每一个所述支路包括一个二极管；
所述二极管的输入端连接所述IGBT检测回路，输出端汇合之后连接至所述保护信号生成单元。
7.如权利要求5所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述保护信号生成单元包括一比较器，所述比较器的反相输入端连接所述或门电路的输出端，同相输入端接基准电压，输出端输出保护信号；
所述基准电压根据所述下桥臂IGBT工作特性曲线的退饱和点对应的电压值进行设置。
8.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：
连接于所述IGBT检测回路与所述峰值获取单元之间的，与所述IGBT检测回路一一对应的分压回路，用于对所述检测单元输出的电压进行分压，并输出至所述峰值获取单元。
9.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：连接于所述IGBT检测回路与所述峰值获取单元之间的第二滤波回路。
10.如权利要求2所述的IBGT保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：自锁单元；
所述自锁单元包括与所述IGBT检测回路一一对应的自锁支路，每一个所述自锁支路包括一个二极管，所述二极管的阳极连接所述IGBT检测回路，阴极接与其对应的IGBT的栅极控制信号。
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