CN110445100A - 一种igbt退饱和保护和驱动电源欠压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，涉及IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护技术领域。本发明包括电阻R4和电阻R5构成驱动电压V_HSDRV的分压电路，电阻R6、R7、R8和稳压芯片U1构成驱动电压V_HSDRV检测的比较基准电阻，上述元器件和一比较器芯片U2构成驱动电压V_HSDRV检测电路；还包括电阻R3、R10、R11构成退饱和保护电路；既能为IGBT退饱和提供保护，又能解决由于驱动电压过低提供保护，还适应当前种类繁多的IGBT参数要求。

Description

一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路
技术领域
本发明涉及IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护技术领域，具体是一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路。
背景技术
目前新能源汽车产业在全球范围内发展迅猛，电动汽车作为未来汽车发展的新趋势，一方面可以减少传统燃油汽车的排出物对环境的污染，另一方面能够减轻石油、天然气等不可再生能源的使用压力。电机驱动系统是新能源电动车的核心系统，其中的功率模块更是其中的关键部件，目前国内生产的功率模块，因为技术、工艺等原因，还不能够在新能源汽车中广泛使用，国外知名的几家知名功率器件生产商基本处于垄断地位，导致这些功率器件一方面价格比较昂贵，另一方面交期比较长。因此在功率模块的使用过程中，对设计者提出更高的要求。现下通常采用集成IC来驱动功率模块，这些IC集成了通用的保护功能，但这些IC大都来自国外技术，价格和供货周期也受限，并且功能集成在片内，使用技术也受限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，既能为IGBT退饱和提供保护，又能解决由于驱动电压过低提供保护，还适应当前种类繁多的IGBT参数要求。
本发明是以如下技术方案实现的：一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，包括电阻R4和电阻R5构成驱动电压V_HSDRV的分压电路，电阻R6、R7、R8和稳压芯片U1构成驱动电压V_HSDRV检测的比较基准电阻，上述元器件和一比较器芯片U2构成驱动电压V_HSDRV检测电路；还包括电阻R3、R10、R11构成退饱和保护电路；其中电阻R4、R6的一端连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV+端，电阻R4的另一端通过电阻R5连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端和VCC电源地相连接，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端通过电阻R8连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，电阻R4和电阻R5的公共端连接一二极管D11的负极和比较器芯片U2的1脚，电阻R6和电阻R7的公共端连接比较器芯片U2的2脚和稳压芯片U1的1脚，电阻R7和电阻R8的公共端连接稳压芯片U1的2脚，稳压芯片U1的3脚接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，二极管D11的正极连接一二极管D12的负极、二极管D13的正极、比较器芯片U3的2脚，二极管D12的正极连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，二极管D13的负极连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV+端，二极管D13的正负极间并联一电阻R9，比较器芯片U2的2脚依次通过电阻R10、R11连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，比较器芯片U3的2脚通过电阻R3连接IGBT功率模块驱动电路的Vce_HSdesat端，比较器芯片U3的1脚连接电阻R10和电阻R11的公共端，比较器芯片U2的5脚作为Fault端连接电阻R12的一端以及比较器芯片U3的5脚，电阻R12的另一端连接电源VCC，比较器芯片U2的3脚与比较器芯片U3的3脚连接电源VCC，比较器芯片U2的4脚与比较器芯片U3的4脚接VCC电源地。
进一步,所述的稳压芯片U1采用TL431电源芯片。
进一步,所述的比较器芯片U2和比较器芯片U3采用LM2903。
本发明的有益效果：该电路既能为IGBT退饱和提供保护，又能解决由于驱动电压过低提供保护，还适应当前种类繁多的IGBT参数要求，通过简单的电阻匹配，就能完成想要的保护参数；另外电路简单，保护电路的组成器件都是常见的电子器件，给大批量采购减小压力，另外在在使用中不依赖集成式驱动方案，更倾向于离散式驱动设计，另外在多IGBT模块并联使用技术中，能够自由分组，并且比较符合当前主流IGBT模块并联方案匹配，可以分布在多个小型PCB上，再配合适当的逻辑电路，能够满足多块IGBT模块同时检测的目的。
附图说明
图1是本发明电路原理框图；
图2是IGBT功率模块的驱动示意图；
图3是驱动电压V_HSDRVR从18v～5V变化时，Fault信号的状态变化示意图；
图4是仿真退饱和检测信号Vce_HSdesat从2V～200V变化时，Fault信号的变化示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，其中电阻R4/R5构成驱动电压V_HSDRV的分压电路，可通过调节R4/R5的比值调节驱动电压的检测值，电阻R6/R7/R8和稳压芯片U1构成驱动电压V_HSDRV检测的比较基准，调节R6/R7/8的比值，能够调节V_HSDRV检测的比较基准值，U2为一个比较器芯片，以上器件构成了驱动电压V_HSDRV检测电路，能够实现当V_HSDRV电压低于V_HSDRV检测的比较基准时，Fault端呈低电平状态，高压于V_HSDRV检测的比较基准时，Fault端呈高电平状态。电阻R3/R10/R11/U3构成退饱和保护电路，其中电阻R3匹配退饱和电路中的连接图2中的电阻R1，电阻R10和R11通过对V_HSDRV检测比较基准电压进行分压，得到退饱和保护电路的基准电压，U3为比较器芯片，退饱和检测信号Vce_HSdesat通过比较器U3和退饱和保护电路的基准电压进行比较，当退饱和检测信号Vce_HSdesat小于退饱和保护电路的基准电压时，Fault呈现高电平，当退饱和检测信号Vce_HSdesat大于退饱和保护电路的基准电压时，Fault呈现低电平。当Vce_HSdesat的电压大于V_HSDRV时，D13导通，比较器反相端的电压为V_HSDRV+0.7，Fault为低电平。Fault综合欠压保护比较电路的输出信号和退饱和保护比较电路的输出信号向外输出Fault信号。
图2为现有IGBT功率模块的驱动电路图，其中，V_HSDRV+/V_HSDRV-为IGBT上半桥驱动电源，V_LSDRV+/V_LSDRV-为IGBT下半桥驱动电源，Vce_HSdesat为IGBT上半桥退饱和检测信号，Vce_LSdesat为IGBT下半桥退饱和检测信号，PWM1和PWM2为一组功率模块IGBT上下桥的驱动信号，Q8/Q9和Q10/Q11共同构成图腾柱电路，提高IGBT的驱动能力，Ron和Roff分别为IGBT驱动的门极电阻，电阻R1/R2和D9/D10共同构成IGBT上下桥的退饱和检测电路；IGBT正常工作时，Vce电压很低(不同型号IGBT，Vce_sat不一样)，不能触发图1中的电路；当IGBT工作异常时，IGBT退出饱和区，Z1/Z2集电极(也称漏极)电压迅速上升，此时如果不能做好有效保护，IGBT模块很容易就会损坏。本发明就是为了防止这种情况的发生而设计的，另外IGBT在不同驱动电压下，Vce各不同，在相同载流条件下，呈现驱动电压越高(范围内)，Vce越小的趋势。
驱动电压V_HSDRV的值通常为15VDC，图3为驱动电压V_HSDRVR从18v～5V变化时，Fault信号的状态变化，此时匹配电阻R4/R5，得到驱动电压V_HSDRVR的检测电压为比例系数为0.8,调节R6/R7/R8的阻值，得到驱动电压保护比较电路的基准电压为10V，从图3的仿真结果可以看出，当驱动电压V_HSDRV<13V时,Fault信号从高电平变成低电平；当驱动电压V_HSDRV>13V时,Fault信号从低电平变成高电平；
退饱和检测信号Vce_HSdesat在IGBT模块正常工作时电压通常为2～3.5V，当IGBT异常工作时，会迅速达到母线电压，图4为仿真退饱和检测信号Vce_HSdesat从2V～200V变化时，Fault信号的变化情况，此时通过调节R10/R11电阻值，得到退饱和保护路的比较电压为7V,从图4中可以看出，当退饱和检测信号的电压Vce_HSdesat<7V时，Fault信号为高电平，当Vce_HSdesat>7V时，Fault信号为低电平。
退饱和保护和驱动欠压保护是IGBT使用寿命的最基本保障，本发明公示的保护电路的组成器件都是常见的电子器件，价格便宜，采购简单，在使用的过程中不依赖价格昂贵且不宜采购的集成IC芯片，设计灵活，可以自由匹配各种驱动功率模块电路，另外在多块IGBT模块并联使用技术中，能够自由分组。

Claims (3)

1.一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，其特征在于：包括电阻R4和电阻R5构成驱动电压V_HSDRV的分压电路，电阻R6、R7、R8和稳压芯片U1构成驱动电压V_HSDRV检测的比较基准电阻，上述元器件和一比较器芯片U2构成驱动电压V_HSDRV检测电路；还包括电阻R3、R10、R11构成退饱和保护电路；其中电阻R4、R6的一端连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV+端，电阻R4的另一端通过电阻R5连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端和VCC电源地相连接，电阻R6的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端通过电阻R8连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，电阻R4和电阻R5的公共端连接一二极管D11的负极和比较器芯片U2的1脚，电阻R6和电阻R7的公共端连接比较器芯片U2的2脚和稳压芯片U1的1脚，电阻R7和电阻R8的公共端连接稳压芯片U1的2脚，稳压芯片U1的3脚接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，二极管D11的正极连接一二极管D12的负极、二极管D13的正极、比较器芯片U3的2脚，二极管D12的正极连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，二极管D13的负极连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV+端，二极管D13的正负极间并联一电阻R9，比较器芯片U2的2脚依次通过电阻R10、R11连接IGBT功率模块驱动电路的V_HSDRV-端，比较器芯片U3的2脚通过电阻R3连接IGBT功率模块驱动电路的Vce_HSdesat端，比较器芯片U3的1脚连接电阻R10和电阻R11的公共端，比较器芯片U2的5脚作为Fault端连接电阻R12的一端以及比较器芯片U3的5脚，电阻R12的另一端连接电源VCC，比较器芯片U2的3脚与比较器芯片U3的3脚连接电源VCC，比较器芯片U2的4脚与比较器芯片U3的4脚接VCC电源地。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，其特征在于：所述的稳压芯片U1采用TL431电源芯片。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT退饱和保护和驱动电源欠压保护电路，其特征在于：所述的比较器芯片U2和比较器芯片U3采用LM2903。
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