CN111668823A - 一种igbt过流保护电路 - Google Patents

一种igbt过流保护电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111668823A
CN111668823A CN202010616083.2A CN202010616083A CN111668823A CN 111668823 A CN111668823 A CN 111668823A CN 202010616083 A CN202010616083 A CN 202010616083A CN 111668823 A CN111668823 A CN 111668823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
igbt
pole
resistor
current
comparator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010616083.2A
Other languages
English (en)
Inventor
边振宇
易川智
季文彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delphi Technologies Suzhou Co Ltd
Original Assignee
Delphi Technologies Suzhou Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies Suzhou Co Ltd filed Critical Delphi Technologies Suzhou Co Ltd
Priority to CN202010616083.2A priority Critical patent/CN111668823A/zh
Publication of CN111668823A publication Critical patent/CN111668823A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/20—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment
    • H02H7/205—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment for controlled semi-conductors which are not included in a specific circuit arrangement

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明涉及一种IGBT过流保护电路，包括用于产生过流信号的比较器、用于监测过流信号以及控制IGBT的驱动芯片、根据预设吸收值进行过电流吸收的电流吸收单元，其中，比较器的同相输入端连接有用于采集IGBT电流信号的电流采样单元，比较器的反相输入端连接有保护阈值设置单元，比较器的输出端与电流吸收单元连接，驱动芯片分别与比较器的输出端、IGBT连接，电流吸收单元还与IGBT连接。与现有技术相比，本发明通过实时采样IGBT电流信号，能够及时进行过流保护响应，利用电流吸收单元吸收电流，能够限制大电流的发生，从而避免过流保护时产生较大的关断尖峰与损耗、避免IGBT器件受损。

Description

一种IGBT过流保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子器件保护技术领域，尤其是涉及一种IGBT过流保护电路。
背景技术
作为逆变器装置的关键器件，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)工作在高频高压状态下。由于电路拓扑本身的需要或者出于安全考虑，需要在IGBT发生过流现象时进行两电平关断，以保护IGBT器件。
当IGBT的上、下桥臂直通时，由于电源电压几乎全加在IGBT的C、E两端，此时，将产生很大的短路电流，IGBT饱和压降越小，其电流就越大，容易对器件产生损坏作用。在器件发生过流时，需要将短路电流及其关断时的I-V运行轨迹限制在IGBT的短路安全工作区中，以在损坏器件之前，使IGBT关断，从而避免开关管的损坏。
传统的过流保护电路通常是在IGBT退饱和之后，当CE极间电压升高，超过设定的阈值时，进行过流保护操作，但是在该设计中，CE极间电压的升高往往意味着IGBT的过电流已经很大，此时进行过流保护将导致较大的关断尖峰和损耗，同时亦有可能导致过流保护动作失效，引发IGBT的损坏，因此不能很好的在过流时保护好功率器件。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种IGBT过流保护电路，以快速响应IGBT的过流故障，限制大电流的发生，从而避免过流保护时产生较大的关断尖峰与损耗、避免IGBT器件受损。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种IGBT过流保护电路，包括用于产生过流信号的比较器、用于监测过流信号以及控制IGBT的驱动芯片、根据预设吸收值进行过电流吸收的电流吸收单元，所述比较器的同相输入端连接有用于采集IGBT电流信号的电流采样单元，所述比较器的反相输入端连接有保护阈值设置单元，所述比较器的输出端与电流吸收单元连接，所述驱动芯片分别与比较器的输出端、IGBT连接，所述电流吸收单元还与IGBT连接。
进一步地，所述电流吸收单元包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的D极和第二NMOS管的D极均分别连接至第二电阻的一端、IGBT的G极，所述第二电阻的另一端连接至驱动芯片，所述第一NMOS管的G极和第二NMOS管的G极分别连接有第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块的一端连接至IGBT的G极，所述第一分压模块的另一端连接至IGBT的E极，所述第二分压模块的一端连接至第一NMOS管的S极，所述第二分压模块的另一端连接至IGBT的E极，所述第二NMOS管的S极连接至IGBT的E极。
进一步地，所述第一分压模块包括串联的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端连接至IGBT的G极，所述第三电阻的另一端分别连接至第一NMOS管的G极、第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接至IGBT的E极。
进一步地，所述第二分压模块包括串联的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接至第一NMOS管的S极，所述第五电阻的另一端分别连接至第二NMOS管的G极、第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接至IGBT的E极。
进一步地，所述第五电阻的两端并联有第二电容。
进一步地，所述驱动芯片的去饱和引脚连接至第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接至比较器的输出端，所述驱动芯片的去饱和引脚还通过第一电容接地。
进一步地，所述比较器的输出端分别连接至第二二极管的阴极、第一电阻的一端，所述第二二极管的阳极连接至第一NMOS管的G极，所述第一电阻的另一端连接至工作电源。
进一步地，所述IGBT的E极通过第三电容分别与第二NMOS管的S极、第六电阻、第四电阻连接。
进一步地，所述第三电容、第二NMOS管的S极、第六电阻和第四电阻均连接至-5V电压。
进一步地，所述IGBT的G极与E极之间连接有第七电阻。
本发明的具体工作原理为：
在未发生IGBT过流现象时，IGBT电流信号小于电流保护阈值，即比较器的同相输入端电压低于反相输入端电压，比较器输出为低电平，第一NMOS管的G极经第一二极管导通接地，第一NMOS管和第二NMOS管均工作在截止区，此时，不发生过流保护动作，IGBT的G极由驱动芯片控制；
当发生IGBT过流现象时，IGBT电流信号大于或等于电流保护阈值，即比较器同相输入端电压高于反相输入端，比较器输出高阻态，第一二极管和第二二极管反偏截止，驱动芯片内部的恒定电流源向第一电容充电，使第一电容电压升高；同时，电流吸收单元中第一NMOS管和第二NMOS管的GS极间电压受各各自分压模块控制，使第一NMOS管和第二NMOS管均工作于放大区，由于NMOS管在放大区有压控电流源的特性，此时可以让电流吸收单元通过第二电阻吸收可控的恒定电流，进而吸收IGBT的G极与E极之间电容的电量，从而减少IGBT的过电流，实现过流保护的目的，此外，驱动芯片去饱和引脚从比较器输出端获取到过流信号后，驱动芯片输出驱动信号由高电压变为低电压，使得IGBT关断。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、限制IGBT过流的最大电流：本发明过流保护动作信号来源于实际IGBT采样电流信号，通过调整电流保护阈值即可调整两电平关断的动作时刻，能够更快响应IGBT的过流故障，进而限制最大电流，避免过流保护时产生较大的关断尖峰与损耗、避免IGBT器件受损。
二、易于移植和调试：本发明通过更改电流吸收单元中两个NMOS管的分压模块的电阻阻值，即可调整电流吸收单元的吸收电流值，从而调整IGBT的G极电流，可以根据不同IGBT型号灵活调整电阻参数，有利于将本发明移植和调试至不同应用场合。
三、不受IGBT驱动芯片引脚功能限制，功能易扩展：本发明通过驱动芯片的去饱和引脚获取过流信号，对驱动芯片的要求仅为具有去饱和功能，可广泛兼容各类低成本驱动芯片，此外，本发明的实际过流触发源为电平比较，可利用逻辑门电路组合多种判断逻辑，从而可以实现在多种故障场合的IGBT两电平关断功能。
附图说明
图1为本发明的IGBT过流保护电路结构示意图；
图2为实施例中IGBT过流保护电路原理图；
图3为实施例中发生过流保护时第二NMOS管的吸收电流波形示意图；
图中标记说明：1、比较器，101、电流采样单元，102、保护阈值设置单元，2、电流吸收单元，3、驱动芯片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种IGBT过流保护电流，包括比较器1、电流吸收单元2和驱动芯片3，比较器1的同相输入端和反相输入端分别与电流采样单元101、保护阈值设置单元102连接，电流采样单元101用于实时采集IGBT电流信号，保护阈值设置单元102则用于设置电流保护阈值，比较器1的输出端与电流吸收单元2连接，驱动芯片3分别与比较器1的输出端、IGBT连接，电流吸收单元2与IGBT连接。
具体的，如图2所示，电流吸收单元2包括第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2，第一NMOS管Q1的D极和第二NMOS管Q2的D极均分别连接至第二电阻R2的一端、IGBT的G极，第二电阻R2的另一端连接至驱动芯片，第一NMOS管Q1的G极分别连接至第三电阻R3和第四电阻R4，第二NMOS管Q2的G极分别连接至第五电阻R5和第六电阻R6，第三电阻R3和第四电阻R4共同构成第一分压模块，第五电阻R5和第六电阻R6共同构成第二分压模块：
第三电阻R3的一端连接至IGBT的G极，第三电阻R3的另一端分别连接至第一NMOS管Q1的G极、第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接至IGBT的E极；
第五电阻R5的一端连接至第一NMOS管Q1的S极，第五电阻R5的另一端分别连接至第二NMOS管Q2的G极、第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端连接至IGBT的E极，第五电阻R5的两端并联有第二电容C2。
驱动芯片的去饱和引脚连接至第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接至比较器U1的输出端，驱动芯片的去饱和引脚还通过第一电容C1接地。
比较器U1的输出端分别连接至第二二极管D2的阴极、第一电阻R1的一端，第二二极管D2的阳极连接至第一NMOS管Q1的G极，第一电阻R1的另一端连接至工作电源Vcc。
IGBT的E极通过第三电容C3与-5V电源连接，该-5V电源还分别与第二NMOS管Q2的S极、第六电阻R6、第四电阻R4连接，IGBT的G极与E极之间连接有第七电阻R7。
综上所述，本发明的IGBT过流保护电路中，过流信号由比较器U1产生，其中，IGBT的电流反馈采样信号经滤波后连接至比较器U1的同相输入端，预设的过流保护阈值对应电压信号送至比较器U1的反相输入端。驱动芯片的去保护引脚经滤波电容C1接地，同时连接到二极管D1的P端(即阳极)，二极管D1的N端(即阴极)连接至比较器U1的输出端。另外，驱动芯片的驱动信号经过驱动电阻R2连接至IGBT的G极。电流吸收单元中，两个N-MOSFET组成类似达林顿结构，浮地NMOS管Q1的G极经电阻R3上拉至IGBT的G极，同时也经电阻R4下拉至-5V电压；其D极直接连接至IGBT的G极；其S极经并联的电阻R5电容C2连接至共地NMOS管Q2的G极。另外，共地NMOS管Q2的G极还经电阻R6下拉至-5V电压；其D极直接与IGBT的G极相连，其S极连接至-5V电压。IGBT的E极经电容C3与-5V电压端口相连，G极和E极之间用电阻R7连接。
本实施例中，第一NMOS管Q1选用BSS138，第二NMOS管Q2选用SQ2308CES，驱动芯片选用NCV57001，通过调整第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值(分别为2kΩ,2kΩ,301Ω,100Ω)，使预设电流吸收值为0.7633A，如图3所示，在1.5251ms开始进行过流保护，第二NMOS管Q2的吸收电流从0A开始上升，在1.5254ms上升至0.7633A，在1.5257ms时IGBT被关断，吸收电流重新下降至0A。

Claims (10)

1.一种IGBT过流保护电路，其特征在于，包括用于产生过流信号的比较器(1)、用于监测过流信号以及控制IGBT的驱动芯片(3)、根据预设吸收值进行过电流吸收的电流吸收单元(2)，所述比较器(1)的同相输入端连接有用于采集IGBT电流信号的电流采样单元(101)，所述比较器(1)的反相输入端连接有保护阈值设置单元(102)，所述比较器(1)的输出端与电流吸收单元(2)连接，所述驱动芯片(3)分别与比较器(1)的输出端、IGBT连接，所述电流吸收单元(2)还与IGBT连接。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述电流吸收单元(2)包括第一NMOS管和第二NMOS管，所述第一NMOS管的D极和第二NMOS管的D极均分别连接至第二电阻的一端、IGBT的G极，所述第二电阻的另一端连接至驱动芯片(3)，所述第一NMOS管的G极和第二NMOS管的G极分别连接有第一分压模块和第二分压模块，所述第一分压模块的一端连接至IGBT的G极，所述第一分压模块的另一端连接至IGBT的E极，所述第二分压模块的一端连接至第一NMOS管的S极，所述第二分压模块的另一端连接至IGBT的E极，所述第二NMOS管的S极连接至IGBT的E极。
3.根据权利要求2所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第一分压模块包括串联的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端连接至IGBT的G极，所述第三电阻的另一端分别连接至第一NMOS管的G极、第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接至IGBT的E极。
4.根据权利要求2所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第二分压模块包括串联的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接至第一NMOS管的S极，所述第五电阻的另一端分别连接至第二NMOS管的G极、第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接至IGBT的E极。
5.根据权利要求4所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第五电阻的两端并联有第二电容。
6.根据权利要求1所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述驱动芯片(3)的去饱和引脚连接至第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接至比较器(1)的输出端，所述驱动芯片(3)的去饱和引脚还通过第一电容接地。
7.根据权利要求6所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述比较器(1)的输出端分别连接至第二二极管的阴极、第一电阻的一端，所述第二二极管的阳极连接至第一NMOS管的G极，所述第一电阻的另一端连接至工作电源。
8.根据权利要求7所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述IGBT的E极通过第三电容分别与第二NMOS管的S极、第六电阻、第四电阻连接。
9.根据权利要求8所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第三电容、第二NMOS管的S极、第六电阻和第四电阻均连接至-5V电压。
10.根据权利要求9所述的一种IGBT过流保护电路，其特征在于，所述IGBT的G极与E极之间连接有第七电阻。
CN202010616083.2A 2020-06-30 2020-06-30 一种igbt过流保护电路 Pending CN111668823A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010616083.2A CN111668823A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种igbt过流保护电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010616083.2A CN111668823A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种igbt过流保护电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111668823A true CN111668823A (zh) 2020-09-15

Family

ID=72390748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010616083.2A Pending CN111668823A (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种igbt过流保护电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111668823A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451995A (zh) * 2021-08-31 2021-09-28 浙江大学杭州国际科创中心 一种短路和过流保护装置和方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130229736A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Sofics Bvba Electrostatic discharge protection for high voltage domains
WO2017049900A1 (zh) * 2015-09-25 2017-03-30 江森自控科技公司 Igbt短路检测保护电路及基于igbt的可控整流电路
CN207835135U (zh) * 2018-01-22 2018-09-07 北京合众汇能科技有限公司 一种超级电容保护电路
CN109004620A (zh) * 2018-09-07 2018-12-14 奥克斯空调股份有限公司 一种igbt过流保护电路及空调器
CN212518394U (zh) * 2020-06-30 2021-02-09 德尔福科技(苏州)有限公司 一种igbt过流保护电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130229736A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Sofics Bvba Electrostatic discharge protection for high voltage domains
WO2017049900A1 (zh) * 2015-09-25 2017-03-30 江森自控科技公司 Igbt短路检测保护电路及基于igbt的可控整流电路
CN207835135U (zh) * 2018-01-22 2018-09-07 北京合众汇能科技有限公司 一种超级电容保护电路
CN109004620A (zh) * 2018-09-07 2018-12-14 奥克斯空调股份有限公司 一种igbt过流保护电路及空调器
CN212518394U (zh) * 2020-06-30 2021-02-09 德尔福科技(苏州)有限公司 一种igbt过流保护电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451995A (zh) * 2021-08-31 2021-09-28 浙江大学杭州国际科创中心 一种短路和过流保护装置和方法
CN113451995B (zh) * 2021-08-31 2021-12-17 浙江大学杭州国际科创中心 一种短路和过流保护装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201975764U (zh) 一种离心机用变频器负载短路的保护电路
CN103066809B (zh) 一种应用于直接串联型igbt的改进型rcd缓冲电路
CN203415972U (zh) 输入电压浪涌抑制电路
CN111245220A (zh) 三电平功率变换电路及电压钳位方法
CN103944487A (zh) 直流电机限流保护电路
CN107623512A (zh) 一种有源密勒箝位保护电路
CN212518394U (zh) 一种igbt过流保护电路
CN102361319A (zh) 基于驱动芯片的igbt短路保护检测电路
CN111668823A (zh) 一种igbt过流保护电路
CN202978213U (zh) 一种电源过压保护电路
CN202333786U (zh) 抑制igbt过电流的驱动电路
CN112886545B (zh) 适用于高压固态功率控制器具有短路保护功能的驱动电路
CN206595713U (zh) 一种浪涌保护电路
CN102097796A (zh) 太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路
CN104852563A (zh) 一种开关电源外部软启动电路
CN111555596A (zh) 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路
CN2728096Y (zh) 有多种保护功能的场效应管式汽车发电机电压调节器
CN203289075U (zh) 过压保护电路
CN205092571U (zh) 基于pmos管的直流瞬态浪涌电压抑制电路
CN102938559A (zh) 一种本质安全型电源的电火花限制装置和方法
CN211127124U (zh) 一种浪涌电流抑制电路
CN205004946U (zh) 一种igbt有源钳位保护电路
CN105519270B (zh) 一种脉宽信号放大电路
CN203722496U (zh) 一种消除有源钳位拓扑正激关机振荡电路
CN203339686U (zh) 恒流源短路保护的抑制电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 215000 No.99 tangjiabang Road, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant after: Borg Warner drive system (Suzhou) Co.,Ltd.

Address before: 215000 No.99 tangjiabang Road, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province

Applicant before: Delphi Technology (Suzhou) Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information