CN110830016B - 一种igbt短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT短路保护电路，涉及欠压保护的技术领域，包括：推挽电路，滤波电路；第一稳压管D1，第二稳压管D2，第三稳压管D3，第四稳压管D4，显示模块LED1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三三极管Q3，第四三极管Q4；一旦发生短路情况，保护电路立马动作，迅速关断IGBT管，实现对IGBT管的有效保护。该电路没有采用MCU控制保护方式，也没有采用常规的采样电阻和电流电压传感器的采样方式，在没有复杂的控制电路参与的情况下采用价格低廉的普通半导体元器件实现保护功能降低了IGBT管保护的成本，同时提高了电路保护的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及欠压保护技术领域，尤其是涉及一种IGBT短路保护电路。
背景技术
目前，最常用的过欠压保护技术主要采用以下几种思路。最主要的方式是采用运算放大器或者比较器作为控制环节的中心，利用采样电阻将采样点电压与基准电压进行比较，输出高低电平信号传递至IGBT模块实现有效关断。为了降低成本，现有技术如图1所示，Q1、Q2组成图腾柱结构，加强前后级隔离。PWM发生器发出PWM原始脉冲信号波形驱动图腾柱。由PWM的高低电平驱动Q1与Q2的分别导通，从而发出一组幅值为VIN的PWM驱动信号驱动IGBT的栅极,使主功率回路能量通过变压器正常向后传递。
现有技术的欠压保护方法存在如下问题：其一，针对大量使用运算放大器及比较器以及各种与非门芯片的设计，其设计相对复杂，芯片太多，成本高，而且引入过而且大规模占用PCB板面，成本高，可靠性差。其二，MCU控制相对纯电路控制，不仅成本高而且需要人为设计逻辑程序，同时引入过多的元器件，增加故障点，减低了保护电路的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种IGBT短路保护电路，以降低现有技术的欠压保护电路的成本，同时提高欠压保护的可靠性。
本发明提供了一种IGBT短路保护电路，包括：推挽电路，滤波电路；第一稳压管D1，第二稳压管D2，第三稳压管D3，第四稳压管D4，第二电阻R2，显示模块LED1，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三三极管Q3，第四三极管Q4；
所述推挽电路的输入端与外部PWM发生器相连，所述推挽电路的输出分别与所述第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连；
所述推挽电路的一端与外接高电平相连，所述推挽电路的另一端接地；
所述第三电阻R3的另一端与所述第四稳压管D4的阳极相连；
所述第四电阻R4的另一端与待保护的IGBT管的栅极相连；
所述第四稳压管D4的阴极与待保护的IGBT管的集电极相连；
所述第一稳压管D1的阴极与外接高电平相连；
所述第一稳压管D1的阳极与所述第二电阻R2的一端相连；
所述第五电阻R5的一端接地，所述第五电阻R5的另一端与所述待保护的IGBT管发射极相连；
所述第二电阻R2的另一端与显示模块LED1的阳极相连；
所述显示模块LED1的阴极与所述第三三极管Q3的集电极相连；
所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的基极分别与所述第三稳压管D3的阳极、所述第二电容C2的一端相连；
所述第二电容C2的另一端接地；
所述第四三极管Q4的基极与所述第二稳压管D2的阳极相连，所述第二稳压管D2的阴极与所述第一稳压管D1的阳极相连；
所述第四三极管Q4的发射极与待保护的IGBT管的栅极相连，所述第四三极管Q4的集电极接地。
优选的，其特征在于，所述推挽电路包括第一三极管Q1，第二三极管Q2；
所述第一三极管Q1的发射极与所述第二三极管Q2的发射极相连；
述第一三极管Q1的基极与所述第二三极管Q2的基极相连；
所述第二三极管Q2集电极接地；
所述第一三极管Q1与外接高电平相连；
所述第一三极管Q1为所述推挽电路的输出端并分别与所述第三电阻R3的一端、第三电阻R4的一端相连。
优选的，所述滤波电路包括第一电阻R1以及第一电容C1；
所述第一电阻R1的一端以及所述第一电容C1的一端均与所述外接高电平相连；
所述第一电阻的R1的另一端以及所述第一电容的另一端均与所述第二电容R2的一端相连。
所述第三三极管Q3为NPN型三极管，第四三极管Q4为PNP型三极管，所述第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种IGBT短路保护电路，包括：推挽电路，滤波电路；第一稳压管D1，第二稳压管D2，第三稳压管D3，第四稳压管D4，第二电阻R2，显示模块LED1，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三三极管Q3，第四三极管Q4；推挽电路的输入端与外部PWM发生器相连，推挽电路的输出分别与第三电阻R3的一端、第三电阻R4的一端相连；推挽电路的一端与外接高电平相连，推挽电路的另一端接地；第三电阻R3的另一端与第四稳压管D4的阳极相连；第四电R4的另一端与待保护的IGBT管的栅极相连；第四稳压管D4的阴极与待保护的IGBT管的集电极相连；第一稳压管D1的阴极与外接高电平相连；第一稳压管D1的阳极与第二电阻R2的一端相连；第二电阻R2的另一端与显示模块LED1的阳极相连；显示模块LED1的阴极与第三三极管Q3的集电极相连；第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极分别与第三稳压管D3的阳极、第二电容C2的一端相连；第二电容C2的另一端接地；第四三极管Q4的基极与第二稳压管D2的阳极相连，第二稳压管D2的阴极与第一稳压管D1的阳极相连；第四三极管Q4的发射极与待保护的IGBT管的栅极相连，第四三极管Q4的集电极接地。通过本发明提供的一种IGBT短路保护电路可以利用电气分离元件实现对IGBT管的保护，降低了IGBT管保护的成本，同时提高了电路保护的可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的IGBT保护电路；
图2为本发明实施例提供的一种IGBT保护电路电路图；
图3为本发明实施例提供的一种IGBT保护电路推挽电路电路图；
图4为本发明实施例提供的一种IGBT保护电路滤波电路电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
目前，IGBT管保护成本高，可靠性差，基于此，本发明实施例提供的一种IGBT短路保护电路，可以采用电路分离元件对IGBT管进行保护，降低IGBT管的保护成本，提高系统的可靠性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种IGBT短路保护电路进行详细介绍，
实施例一：
如图2所示，本发明实施例一提供了一种IGBT短路保护电路，包括：推挽电路，滤波电路；第一稳压管D1，第二稳压管D2，第三稳压管D3，第四稳压管D4，显示模块LED1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三三极管Q3，第四三极管Q4；
所述推挽电路的输入端与外部PWM发生器相连，所述推挽电路的输出分别与所述第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连；
所述推挽电路的一端与外接高电平相连，所述推挽电路的另一端接地；
所述第三电阻R3的另一端与所述第四稳压管D4的阳极相连；
所述第四电阻R4的另一端与待保护的IGBT管的栅极相连；
所述第四稳压管D4的阴极与待保护的IGBT管的集电极相连；
所述第一稳压管D1的阴极与外接高电平相连；
所述第一稳压管D1的阳极与所述第二电阻R2的一端相连；
所述第二电阻R2的另一端与显示模块LED1的阳极相连；
所述第五电阻R5的一端接地，所述第五电阻R5的另一端与所述待保护的IGBT管发射极相连；
所述显示模块LED1的阴极与所述第三三极管Q3的集电极相连；
所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的基极分别与所述第三稳压管D3的阳极、所述第二电容C2的一端相连；
所述第二电容C2的另一端接地；
所述第四三极管Q4的基极与所述第二稳压管D2的阳极相连，所述第二稳压管D2的阴极与所述第一稳压管D1的阳极相连；
所述第四三极管Q4的发射极与待保护的IGBT管的栅极相连，所述第四三极管Q4的集电极接地。
如图3所示，具体的，所述推挽电路包括第一三极管Q1，第二三极管Q2；
所述第一三极管Q1的发射极与所述第二三极管Q2的发射极相连；
述第一三极管Q1的基极与所述第二三极管Q2的基极相连；
所述第二三极管Q2集电极接地；
所述第一三极管Q1与外接高电平相连；
所述第一三极管Q1为所述推挽电路的输出端并分别与所述第三电阻R3的一端、第三电阻R4的一端相连；
所述推挽电路的输出端为后述第一三极管Q1的发射极与后述第二三极管Q2的发射极；
需要说明的是，所述推挽电路与外部PWM发生器相连，用于扩大PWM发生器的输出电压的幅值；
如图4所示，具体的，所述滤波电路包括第一电阻R1以及第一电容C1；
所述第一电阻R1的一端以及所述第一电容C1的一端均与所述外接高电平相连；
所述第一电阻的R1的另一端以及所述第一电容的另一端均与所述第二电容R2的一端相连。
需要说明的是。在本发明提供的实施例中，所述第三三极管Q3为NPN型三极管，第四三极管Q4为PNP型三极管，所述第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。
实施例二：
本发明实施例二对前述的一种IGBT短路保护电路的工作原理进行了简述，具体工作原理如下：
当待保护的IGBT管发生短路时，待保护的IGBT管集电极电压(F点)升高，带动图1中C点电压升高，此时，C点电压瞬间高于PWM波形幅值点并超过第三稳压管D3稳压值，前述第三稳压管D3发生雪崩效应，从而持续给第二电容C2供电，由于第三三极管Q3为NPN型三极管，当所述第二电容C2两端能量持续升高直至越过Q3基极驱动门限时，此时第三三极管Q3饱和导通，第三三极管Q3的集电极被拉低。VIN经过第一电阻R1，第二电阻R2驱动显示模块LED1工作，同时，由于第三三极管Q3集电极电压被拉低，在经过指示模块LED1的0.5V压降后，所述第二稳压管D2阳极被钳位至约1.5V至2V之间。当发生短路时，IGBT管必然导通状态，第四三极管Q4的栅极必定为PWM波形的高电平，由于第四三极管Q4为PNP型三极管，因此所述第四三极管Q4饱和导通，此时第四三极管Q4发射极被地钳位，将PWM波形持续拉低，因此待保护的IGBT立即关断。
实施例三：
本发明第一三极管D1的作用是防止VIN电压的过电压。第一电容C1为储能和滤波作用。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种IGBT短路保护电路，其特征在于， 包括：推挽电路，滤波电路；第一稳压管D1，第二稳压管D2，第三稳压管D3，第四稳压管D4，显示模块LED1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第二电容C2，第三三极管Q3，第四三极管Q4；
所述推挽电路的输入端与外部PWM发生器相连，所述推挽电路的输出分别与所述第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端相连；
所述推挽电路的一端与外接高电平相连，所述推挽电路的另一端接地；
所述第三电阻R3的另一端与所述第四稳压管D4的阳极相连；
所述第四电阻R4的另一端与待保护的IGBT管的栅极相连；
所述第四稳压管D4的阴极与待保护的IGBT管的集电极相连；
所述第一稳压管D1的阴极与外接高电平相连；
所述第一稳压管D1的阳极与所述第二电阻R2的一端相连；
所述第二电阻R2的另一端与显示模块LED1的阳极相连；
所述第五电阻R5的一端接地，所述第五电阻R5的另一端与所述待保护的IGBT管发射极相连；
所述显示模块LED1的阴极与所述第三三极管Q3的集电极相连；
所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的基极分别与所述第三稳压管D3的阳极、所述第二电容C2的一端相连；
所述第二电容C2的另一端接地；
所述第四三极管Q4的基极与所述第二稳压管D2的阳极相连，所述第二稳压管D2的阴极与所述第一稳压管D1的阳极相连；
所述第四三极管Q4的发射极与待保护的IGBT管的栅极相连，所述第四三极管Q4的集电极接地；
所述推挽电路包括第一三极管Q1，第二三极管Q2；
所述第一三极管Q1的发射极与所述第二三极管Q2的发射极相连；
述第一三极管Q1的基极与所述第二三极管Q2的基极相连；
所述第二三极管Q2集电极接地；
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所述滤波电路包括第一电阻R1以及第一电容C1；
所述第一电阻R1的一端以及所述第一电容C1的一端均与所述外接高电平相连；
所述第一电阻的R1的另一端以及所述第一电容的另一端均与所述第二电阻R2的一端相连；
所述第三三极管Q3为NPN型三极管，第四三极管Q4为PNP型三极管；
所述第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP 型三极管。
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