CN110460021B - 一种igbt保护电路及空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT保护电路，包括电压检测电路、比较判断电路和连接负载的IGBT桥臂电路；所述电压检测电路，用于检测所述IGBT桥臂电路的IGBT的实时电压，并将所述实时电压输出至所述比较判断电路；所述比较判断电路，用于将所述实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号。本发明实施例对短路异常进行保护设计，实现短路异常的电路保护功能，提高安全性和可靠性。

Description

一种IGBT保护电路及空调器
技术领域
本发明涉及变频技术领域，尤其是涉及一种IGBT保护电路及包含所述IGBT保护电路的空调器。
背景技术
现有技术中，由于空调能力的逐渐增强和成本优势的考虑，行业逐步采用驱动IC外置的变频模块，但是现有的变频模块内部只有功率器件而没有集成的保护电路，在发生短路异常时不能实现电路保护功能。
发明内容
本发明提供一种IGBT保护电路及空调器，以解决现有的变频模块不能对电路异常进行保护的技术问题，本发明对短路异常进行保护设计，实现短路异常的电路保护功能，提高安全性和可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种IGBT保护电路，用于变频模块，包括电压检测电路、比较判断电路和连接负载的IGBT桥臂电路；
所述电压检测电路，用于检测所述IGBT桥臂电路的IGBT的实时电压，并将所述实时电压输出至所述比较判断电路；
所述比较判断电路，用于将所述实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号。
作为优选方案，所述电压检测电路包括与所述IGBT桥臂电路的IGBT一一对应的IGBT检测模块；
每一所述IGBT检测模块包括反向二极管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述反向二极管的负极连接对应的IGBT的集电极，所述反向二极管的正极通过所述第一电阻分别与所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端连接电压源，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻与所述第三电阻之间的连接节点与所述比较判断电路的输入端连接。
作为优选方案，所述比较判断电路包括与所述IGBT桥臂电路的IGBT一一对应的比较器，所述比较器的反相输入端与所述比较判断电路的输入端连接，所述比较器的同相输入端接基准电压，所述比较器的输出端向对应的IGBT的门极输出保护信号。
作为优选方案，所述IGBT桥臂电路的IGBT、所述IGBT检测模块、所述比较器为唯一对应关系。
作为优选方案，所述IGBT保护电路还包括用于延缓关断时间的第四电阻，所述比较器的输出端通过所述第四电阻与对应的IGBT的门极连接，所述第四电阻与对应的IGBT的门极之间的连接节点通过第五电阻输入PWM控制信号。
作为优选方案，所述第四电阻的阻值大于所述第五电阻。
作为优选方案，所述IGBT桥臂电路包括两个IGBT，一个所述IGBT的集电极与直流母线的正极连接，另一个所述IGBT的发射极与直流母线的负极连接，一个所述IGBT的发射极、另一个所述IGBT的集电极均与负载连接。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供一种空调器，包括上述的IGBT保护电路。
本发明实施例提供一种IGBT保护电路，用于变频模块，通过所述电压检测电路检测所述IGBT桥臂电路的每个IGBT的实时电压，并将所述实时电压输出至所述比较判断电路，所述比较判断电路将所述实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号，以控制IGBT桥臂电路的IGBT停止工作并进入保护状态，从而能够有效地避免IGBT桥臂电路出现直通短路损坏。本发明利用IGBT的退保和原理，当电流瞬间异常增加时，IGBT退出饱和状态进入放大状态，所述电压检测电路检测到电压变化，由所述比较判断电流输出软关断信号以停止变频模块工作并进入保护状态，从而有效防止IGBT桥臂电路出现直通短路损坏。相比于现有的变频模块只有功率器件而没有集成的保护电路，本发明实施例的IGBT保护电路的结构简单且元器件较少，能够实现短路异常时的电路保护功能，有效提高安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一的IGBT保护电路的结构示意图；
图2是本发明实施例二的IGBT保护电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参见图1，本发明实施例一提供了一种IGBT保护电路，用于变频模块，包括电压检测电路11、比较判断电路12和连接负载的IGBT桥臂电路13，电压检测电路11的一端与IGBT桥臂电路13的IGBT的集电极连接，另一端与电压源连接，将检测到的实时电压输出至比较判断电路12，比较判断电路12输出软关断信号至IGBT以使IGBT停止工作。
电压检测电路11，用于检测IGBT桥臂电路的IGBT的实时电压，并将实时电压输出至比较判断电路；
比较判断电路12，用于将实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号。
在本发明实施例中，IGBT保护电路通过电压检测电路检测IGBT桥臂电路的IGBT的实时电压，并将实时电压输出至比较判断电路，比较判断电路将实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号，以控制IGBT桥臂电路的IGBT停止工作并进入保护状态，从而能够有效地避免IGBT桥臂电路出现直通短路损坏。
本发明利用IGBT的退保和原理进行设计，当电流瞬间异常增加时，IGBT退出饱和状态进入放大状态，电压检测电路检测到电压变化，由比较判断电流输出软关断信号以停止变频模块工作并进入保护状态，从而有效防止IGBT桥臂电路出现直通短路损坏。
相比于现有的变频模块内部只有功率器件而没有集成的保护电路，本发明实施例用于变频模块的IGBT保护电路的结构简单且元器件较少，能够实现短路异常时的电路保护功能，有效提高安全性和可靠性。同时，本发明还可应用于使用三相电的变频逆变负载的产品，变频空调、变频冰箱、变频洗衣机等。
实施例二：
请参见图2，在本发明实施例中，电压检测电路包括与IGBT桥臂电路的IGBT一一对应的IGBT检测模块；
其中，在下桥臂保护电路中，IGBT检测模块包括反向二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3，反向二极管D1的负极连接对应的IGBT Q1的集电极，反向二极管D1的正极通过第一电阻R1分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端连接电压源，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2与第三电阻R3之间的连接节点与比较判断电路12的输入端连接。其中，第二电阻R2作为限流模块，用于放置IGBT Q1对应的IGBT检测模块的过流，反向二极管D1作为反向电流截止模块，用于截止IGBT Q2导通过程中产生的反向电流，避免其影响IGBT检测模块对IGBT Q1的检测。
比较判断电12包括与下桥臂电路的IGBT 1对应的比较器N1，比较器N1的反相输入端与比较判断电路12的输入端连接，比较器N1的同相输入端接基准电压Vref，比较器N1的输出端向对应的IGBT Q1的门极输出保护信号。其中，下桥臂电路的IGBT Q1、IGBT检测模块、比较器N1为唯一对应关系。当比较判断电12根据比较结果生成保护信号时，比较器N1向IGBT Q1输出保护信号，以防止IGBT Q1导通电流过高而引起IGBT损坏，进而影响整个电路。并且保护电路能够迅速反应，可以及时地响应IGBT Q1导通电压的变化，在导通电压过压时及时关断IGBT Q1，防止其持续处于过流状态时元件损坏。
下桥臂保护电路还包括用于延缓关断时间的第四电阻R4，比较器N1的输出端通过第四电阻R4与IGBT Q1的门极连接，第四电阻R4与对应的IGBT Q1的门极之间的连接节点通过第五电阻R5输入PWM控制信号。其中，第四电阻R4的阻值大于第五电阻R5，第四电阻R4为本实施例单独设计的软关断信号限流电阻，第五电阻R5为正常驱动信号的限流电阻，第四电阻R4阻值比第五电阻R5阻值偏大，延缓关断时间实现软关断，使IGBT Q1在放大状态能够可靠稳定关断，减小关断应力，从而有效地提高安全性和可靠性。
与上述同理，IGBT Q2对应的IGBT检测模块包括R6、R7、R8、D2，具体此处不再赘述，且二极管D1、D2都为高压二极管，可以有效防止反向击穿。
作为优选方案，上下桥臂IGBT电路是本发明的其中一种实施例，如图2所示，IGBT桥臂电路包括两个IGBT，分别是IGBT Q1、IGBT Q2；IGBT Q1的集电极与直流母线的正极连接，IGBT Q2的发射极与直流母线的负极连接，IGBT Q1的发射极、IGBT Q2的集电极均与负载连接。对应的，电压检测电路、比较判断电路适配于上下桥臂IGBT电路，对应下桥臂IGBTQ1的为下桥臂保护电路，对应上桥臂IGBT Q2的为上桥臂保护电路。电路正常工作时，信号Up、Un为PWM控制信号，IGBT Q1、IGBT Q2处于正常开关工作状态。
下面详细说明本实施例具体的电路结构及其工作原理：
下桥臂保护电路的结构：
下桥臂保护电路对应下桥臂IGBT Q1，包括与下桥臂IGBT Q1对应的IGBT检测模块和比较器N1，反向二极管D1的负极连接下桥臂IGBT Q1的集电极，反向二极管D1的正极通过电阻R1分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端连接电压源VCC，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2与第三电阻R3之间的连接节点与比较器N1的反相输入端连接，比较器N1的同相输入端接基准电压Vref，比较器N1的输出端向下桥臂IGBT Q1的门极输出保护信号；比较器N1的输出端通过第四电阻R4与下桥臂IGBT Q1的门极连接，第四电阻R4与下桥臂IGBT Q1的门极之间的连接节点通过第五电阻R5输入Un的PWM控制信号。
下桥臂保护电路的工作原理：
基准电压Vref为设定的参考电平，Un为下桥臂PWM控制信号；IGBT Q1处于饱和工作区，Vce间电压很小(一般2V左右)；
其中，R2＜＜R3，Vref＜Vcc*R3/(R2+R3)，Vcc≈15V，R4>R5；
(1)在待机时，Vcc全压在R3上，Vdsl≈Vcc，＞＞Vref；比较判断电路确认电路处于待机未工作状态，不输出软关断信号低电平。
(2)在正常运行时，IGBT Q1处于饱和状态，CE间电压Vce1约2V，反向二极管D1正向导通压降约1.5V，比较器N1“-”电压为：
Vdsl＝Vsd1+Vce1＝1.5+2＝3.5V＜Vref；
(3)一旦负载出现短路，Vce1退出饱和状态并迅速升高，CE间迅速承担PN间的母线电压，导致Vdsl＞8V，此时，若是在Un的PWM状态的高电平时，则Vdsl检测到从小于8V到高于8V，比较器N1发生反转，从而启动保护；输出SSDL软关断低电平信号，IGBT Q1立即停止工作进入保护状态。
(4)R4＞R5，SSDL为低电平信号，IGBT Q1关断时间比正常工作时间长，减小关断应力，能够有效提高安全性和可靠性。
上桥臂保护电路的结构：
上桥臂保护电路对应上桥臂IGBT Q2，包括与上桥臂IGBT Q2对应的IGBT检测模块和比较器N2，反向二极管D2的负极连接上桥臂IGBT Q2的集电极，反向二极管D2的正极通过第一电阻R6分别与第二电阻R7的一端、第三电阻R8的一端连接，第二电阻R7的另一端连接电压源VB，第三电阻R8的另一端接地，第二电阻R7与第三电阻R8之间的连接节点与比较器N2的反相输入端连接，比较器N2的同相输入端接基准电压Vref，比较器N2的输出端向上桥臂IGBT Q2的门极输出保护信号；比较器N2的输出端通过第四电阻R9与上桥臂IGBT Q2的门极连接，第四电阻R9与上桥臂IGBT Q2的门极之间的连接节点通过第五电阻R10输入Up的PWM控制信号。
上桥臂保护电路的工作原理：
基准电压Vref为设定的参考电平，Up为上桥臂PWM控制信号；IGBT Q2处于饱和工作区，Vce间电压很小(一般2V左右)；
其中，R7＜＜R8，Vref＜Vb*R7/(R7+R8)，Vb≈15V，R9>R10；
(1)在待机时，Vb全压在R8上，Vdsh≈Vb，＞＞Vref；比较判断电路确认电路处于待机未工作状态，不输出软关断信号低电平。
(2)在正常运行时，IGBT Q2处于饱和状态，CE间电压Vce2约2V，反向二极管D2正向导通压降约1.5V，比较器N2“-”电压为：
Vdsh＝Vsd2+Vce2＝1.5+2＝3.5V＜Vref；
(3)一旦负载出现短路，Vce2退出饱和状态并迅速升高，CE间迅速承担PN间的母线电压，导致Vdsh＞8V，此时，若是在Up的PWM状态的高电平时，则Vdsh检测到从小于8V到高于8V，比较器N2发生反转，从而启动保护；输出SSDH软关断高电平信号，IGBT Q2立即停止工作进入保护状态。
(4)R9＞R10，SSDH为高电平信号，IGBT Q2关断时间比正常工作时间长，减小关断应力，能够有效提高安全性和可靠性。
此外，本发明还提供一种空调器，包括上述的IGBT保护电路。所述空调器采用所述IGBT保护电路，在出现异常时能够实现电路保护功能，提高空调器的安全性和可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种IGBT保护电路，用于变频模块，其特征在于，包括电压检测电路、比较判断电路和连接负载的IGBT桥臂电路；
所述电压检测电路，用于检测所述IGBT桥臂电路的IGBT的实时电压，并将所述实时电压输出至所述比较判断电路；
所述比较判断电路，用于将所述实时电压与预设基准电压进行比较，并根据比较结果输出用于停止IGBT工作的软关断信号；
所述比较判断电路包括与所述IGBT桥臂电路的IGBT一一对应的比较器，所述IGBT保护电路还包括用于延缓关断时间的第四电阻，所述比较器的输出端通过所述第四电阻与对应的IGBT的门极连接，所述第四电阻与对应的IGBT的门极之间的连接节点通过第五电阻输入PWM控制信号；所述第四电阻的阻值大于所述第五电阻的阻值。
2.如权利要求1所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括与所述IGBT桥臂电路的IGBT一一对应的IGBT检测模块；
每一所述IGBT检测模块包括反向二极管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，所述反向二极管的负极连接对应的IGBT的集电极，所述反向二极管的正极通过所述第一电阻分别与所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端连接电压源，所述第三电阻的另一端接地，所述第二电阻与所述第三电阻之间的连接节点与所述比较判断电路的输入端连接。
3.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述比较器的反相输入端与所述比较判断电路的输入端连接，所述比较器的同相输入端接基准电压，所述比较器的输出端向对应的IGBT的门极输出保护信号。
4.如权利要求3所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述IGBT桥臂电路的IGBT、所述IGBT检测模块、所述比较器为唯一对应关系。
5.如权利要求1～4中任一项所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述IGBT桥臂电路包括两个IGBT，一个所述IGBT的集电极与直流母线的正极连接，另一个所述IGBT的发射极与直流母线的负极连接，一个所述IGBT的发射极、另一个所述IGBT的集电极均与负载连接。
6.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1～5中任一项所述的IGBT保护电路。
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