CN114204834A - 栅极驱动保护电路、系统及车载逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种栅极驱动保护电路、系统及车载逆变器系统，该栅极驱动保护电路包括栅极驱动模块、故障信号输出模块、欠压保护模块、短路保护模块、误导通保护模块及恒流输出模块；栅极驱动模块包括驱动芯片；故障信号输出模块用于与驱动芯片及微控制单元电连接，用于输出故障信号；欠压保护模块的一端与驱动芯片电连接，另一端与故障信号输出模块电连接，用于对驱动芯片的输入电压进行欠压保护；短路保护模块与驱动芯片电连接，且用于对驱动芯片进行短路保护；误导通保护模块与驱动芯片电连接，用于防止开关晶体管误导通；恒流输出模块与驱动芯片电连接，用于输出稳定电流；因此该电路系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废。

Description

栅极驱动保护电路、系统及车载逆变器系统
技术领域
本申请涉及电路保护技术领域，特别涉及一种栅极驱动保护电路、系统及车载逆变器系统。
背景技术
由于现在科技的发展，电子器件正向高密度化，大功率，小型化发展，大规模运用电子器件给我们的生活带来了便利的同时，越来越高功率使得电子器件的散热问题愈发严重。因此散热是一项非常关键的技术，散热性能的好坏直接影响着产品的性能和寿命。最早IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor-绝缘栅双极型晶体管)双面水冷技术(DSC，Dual-sided Cooling Technology)是基于新能源汽车应用开发，主要是为了解决车载逆变器功率密度问题，用于改善模块的散热效果。
而栅极驱动器作为双面水冷技术的关键器件，栅极驱动器作为功率放大器，其接收来自控制器的低功率输入，并产生用于绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的栅极的高电流驱动输入；而现有电路保护性能不够，栅极驱动器在工作时不能很好地应对电路短路欠压等故障，系统稳定性和可靠性不强，电路易损坏从而导致报废。
发明内容
本申请实施例提供一种栅极驱动保护电路、系统及车载逆变器系统，可实现对电路的欠压保护、短路保护、开关晶体管误导通保护及恒流输出保护，系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废。
第一方面，提供了一种栅极驱动保护电路，包括栅极驱动模块、故障信号输出模块、欠压保护模块、短路保护模块、误导通保护模块及恒流输出模块；栅极驱动模块包括驱动芯片；故障信号输出模块用于与所述驱动芯片及微控制单元电连接，用于输出故障信号；欠压保护模块的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述故障信号输出模块电连接，用于对所述驱动芯片的输入电压进行欠压保护；短路保护模块与所述驱动芯片电连接，且用于对驱动芯片进行短路保护；误导通保护模块与所述驱动芯片电连接，用于防止开关晶体管误导通；恒流输出模块与所述驱动芯片电连接，用于输出稳定电流。
一些实施例中，所述故障信号输出模块包括第一控制引脚、三极管及第一电阻；所述第一控制引脚与所述驱动芯片电连接的；所述三极管的集电极用于与微控制单元电连接，所述三极管的基极与所述第一控制引脚电连接，所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端接地。
一些实施例中，所述欠压保护模块包括第二控制引脚、第三控制引脚及电容；所述第二控制引脚与所述第三控制引脚均与所述驱动芯片电连接，所述第二控制引脚接电源；所述电容的一端与所述第二控制引脚电连接，所述电容的另一端与所述第一电阻的另一端共地。
一些实施例中，所述短路保护模块包括与所述驱动芯片电连接的第四控制引脚、与所述第四控制引脚电连接的过滤器及与所述过滤器电连接的第二电阻，所述第二电阻接地。
一些实施例中，所述误导通保护模块包括第五控制引脚、第六控制引脚、第七控制引脚、第八控制引脚、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一MOS管及第二MOS管；所述第五控制引脚、所述第六控制引脚、所述第七控制引脚及所述第八控制引脚均与所述驱动芯片电连接；所述第四电阻与所述第一MOS管电连接，所述第三电阻与所述第一MOS管的栅极电连接至第五控制引脚，所述第三电阻与所述第四电阻并联连接；所述第五电阻的一端与所述第六控制引脚电连接，所述第六电阻的一端与所述第七控制引脚电连接，所述第五电阻另一端、所述第六电阻的另一端及所述第八控制引脚均电连接至所述第一MOS管，所述第一MOS管、所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端及所述第七控制引脚均与所述第二MOS管的栅极电连接；所述第二MOS管与所述第二电阻之间的连接结点与所述过滤器电连接，所述第二MOS管接地、且所述第二MOS管用于与开关晶体管电连接。
一些实施例中，所述恒流输出模块包括第九控制引脚、第十控制引脚及第七电阻；所述第九控制引脚及所述第十控制引脚均与所述驱动芯片电连接；所述第七电阻的一端与所述第十控制引脚电连接，另一端与所述第九控制引脚共地。
一些实施例中，所述第七电阻为热敏电阻。
第二方面，提供了一种栅极驱动保护系统，包括微控制单元、如上述所述的栅极驱动保护电路及开关晶体管；所述栅极驱动保护电路与所述微控制单元电连接；开关晶体管与所述栅极驱动保护电路电连接。
一些实施例中，所述开关晶体管为绝缘栅双极晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
第三方面，提供了一种车载逆变器系统，包括如上述所述的栅极驱动保护系统。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：通过该栅极驱动保护电路，内置集成有栅极驱动模块、故障信号输出模块、欠压保护模块、短路保护模块、误导通保护模块及恒流输出模块，可实现对电路的欠压保护、短路保护、开关晶体管误导通保护及恒流输出保护，因此系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的栅极驱动保护电路的结构框图；
图2为本申请实施例提供的栅极驱动保护电路的电路示意图；
图3为本申请实施例提供的栅极驱动保护系统的结构框图。
100、微控制单元；200、栅极驱动保护电路；210、栅极驱动模块，220、故障信号输出模块；230、欠压保护模块；240、短路保护模块；250、误导通保护模块；260、恒流输出模块；300、开关晶体管。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种栅极驱动保护电路，包括栅极驱动模块210、故障信号输出模块220、欠压保护模块230、短路保护模块240、误导通保护模块250及恒流输出模块260；栅极驱动模块210包括驱动芯片；故障信号输出模块220用于与驱动芯片及微控制单元100电连接，用于输出故障信号；欠压保护模块230，一端与驱动芯片电连接，另一端与故障信号输出模块220电连接，用于对驱动芯片的输入电压进行欠压保护；短路保护模块240与驱动芯片电连接，且用于对驱动芯片进行短路保护；误导通保护模块250与驱动芯片电连接，用于防止开关晶体管300误导通；恒流输出模块260与驱动芯片电连接，用于输出稳定电流。
通过该栅极驱动保护电路，内置集成有栅极驱动模块210、故障信号输出模块220、欠压保护模块230、短路保护模块240、误导通保护模块250及恒流输出模块260，可实现对电路的欠压保护、短路保护、开关晶体管误导通保护及恒流输出保护，因此系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废。
同时参见图2所示，故障信号输出模块220包括第一控制引脚S1、三极管Q及第一电阻R1；第一控制引脚S1与驱动芯片电连接的；三极管Q的集电极用于与微控制单元100电连接，三极管Q的基极与第一控制引脚S1电连接，三极管Q的发射极与第一电阻R1的一端电连接，第一电阻R1的另一端接地。
具体地，在本实施例中，驱动芯片故障信号通过第一控制引脚S1输出，当故障发生时(即当欠压保护功能或短路保护功能被激活时)，第一控制引脚S1输出故障信号，在故障状态消除后，第一控制引脚S1保持故障信号直到故障输出结束。
可选的，欠压保护模块230包括第二控制引脚S2、第三控制引脚S3及电容C；第二控制引脚S2与第三控制引脚S3均与驱动芯片电连接，第二控制引脚S2接电源Vcc；电容C的一端与第二控制引脚S2电连接，电容C的另一端与第一电阻R1的另一端共地。
具体地，在本实施例中，当第二控制引脚S2接受到电源电压降至预设电压后，第一控制引脚S1输出故障信号；当电源电压上升到预设电压后，第一控制引脚S1被复位，电路恢复正常工作。
可选的，短路保护模块240包括与驱动芯片电连接的第四控制引脚S4、与第四控制引脚S4电连接的Filter过滤器及与Filter过滤器电连接的第二电阻R2，第二电阻R2接地。
具体地，在本实施例中，当第四控制引脚S4的电压超过预设电压或者短路电流时，短路保护功能被激活，此时第一控制引脚S1电压输出低电平；当故障输出保持时间过去后，短路保护功能被释放，第一控制引脚S1引脚成为高阻抗，正常工作。
可选的，误导通保护模块250包括第五控制引脚S5、第六控制引脚S6、第七控制引脚S7、第八控制引脚S8、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一MOS管G1及第二MOS管G2；第五控制引脚S5、第六控制引脚S6、第七控制引脚S7及第八控制引脚S8均与驱动芯片电连接；第四电阻R4与第一MOS管G1电连接，第三电阻R3与第一MOS管G1的栅极电连接至第五控制引脚S5，第三电阻R3与第四电阻R4并联连接；第五电阻R5的一端与第六控制引脚S6电连接，第六电阻R6的一端与第七控制引脚S7电连接，第五电阻R5另一端、第六电阻R6的另一端及第八控制引脚S8均电连接至第一MOS管G1，第一MOS管G1、所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端及所述第七控制引脚均与所述第二MOS管G2的栅极电连接；第二MOS管G2与第二电阻R2之间的连接结点与过滤器电连接，第二MOS管G2接地、且第二MOS管G2用于与开关晶体管300电连接。
具体地，在本实施例中，第三电阻R3与第四电阻R4并联连接至电源Vcc，当第五控制引脚S5输出高电平，第六控制引脚S6输出低电平，第七控制引脚S7电压小于预设电压时，第八控制引脚S8引脚的内部MOS管导通，防止开关晶体管300误导通，这种状态一直保持至当第五控制引脚S5输出低电压和第六控制引脚S6变为高阻抗。
可选的，恒流输出模块260包括第九控制引脚S9、第十控制引脚S10及第七电阻R7；第九控制引脚S9及第十控制引脚S10均与驱动芯片电连接；第七电阻R7的一端与第十控制引脚S10电连接，另一端与第九控制引脚S9共地；可选的，第七电阻R7设为热敏电阻，热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值，因此可根据工作温度条件进行阻值灵活调节；其中电流输出值可根据第七电阻R7进行调整，同时可确保电流无超调或振荡，保持恒流输出状态。
需要说明的是，第一控制引脚S1、第二控制引脚S2、第三控制引脚S3、第四控制引脚S4、第五控制引脚S5、第六控制引脚S6、第七控制引脚S7、第八控制引脚S8、第九控制引脚S9、第十控制引脚S10均集成于驱动芯片上。
本发明实施例提供的一种栅极驱动保护电路，内置集成有栅极驱动模块210、故障信号输出模块220、欠压保护模块230、短路保护模块240、误导通保护模块250及恒流输出模块260，可实现对电路的欠压保护、短路保护、开关晶体管误导通保护及恒流输出保护，因此系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废；当故障发生时(即当欠压保护功能或短路保护功能被激活时)，第一控制引脚S1输出故障信号，在故障状态消除后，第一控制引脚S1保持故障信号直到故障输出结束。当第二控制引脚S2接受到电源电压降至预设电压后，第一控制引脚S1输出故障信号；当电源电压上升到预设电压后，第一控制引脚S1被复位，电路恢复正常工作。当第四控制引脚S4的电压超过预设电压或者短路电流时，短路保护功能被激活，此时第一控制引脚S1电压输出低电平；当故障输出保持时间过去后，短路保护功能被释放，第一控制引脚S1引脚成为高阻抗，正常工作。当第五控制引脚S5输出高电平，第六控制引脚S6输出低电平，第七控制引脚S7电压小于预设电压时，第八控制引脚S8引脚的内部MOS管导通，防止开关晶体管300误导通，这种状态一直保持至当第五控制引脚S5输出低电压和第六控制引脚S6变为高阻抗；同时，电流输出值可根据第七电阻R7进行调整，同时可确保电流无超调或振荡，保持恒流输出状态。
同时参见图3所示，本发明实施例还提供了一种栅极驱动保护系统，包括微控制单元100、如上述所述的栅极驱动保护电路200，所述栅极驱动保护电路200与微控制单元100电连接，以及开关晶体管300，与所述栅极驱动保护电路200电连接。可选的，所述开关晶体管300为绝缘栅双极晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
该栅极驱动保护系统，内置集成有栅极驱动模块210、故障信号输出模块220、欠压保护模块230、短路保护模块240、误导通保护模块250及恒流输出模块260，可实现对电路的欠压保护、短路保护、开关晶体管误导通保护及恒流输出保护，因此系统稳定性更强，性能更优化，电路不易损坏和报废。
本发明实施例还提供了一种车载逆变器系统，包括上述所述的栅极驱动保护系统。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种栅极驱动保护电路，其特征在于，包括：
栅极驱动模块，包括驱动芯片；
故障信号输出模块，用于与所述驱动芯片及微控制单元电连接，用于输出故障信号；
欠压保护模块，一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述故障信号输出模块电连接，用于对所述驱动芯片的输入电压进行欠压保护；
短路保护模块，与所述驱动芯片电连接，且用于对驱动芯片进行短路保护；
误导通保护模块，与所述驱动芯片电连接，用于防止开关晶体管误导通；
恒流输出模块，与所述驱动芯片电连接，用于输出稳定电流。
2.如权利要求1所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述故障信号输出模块包括第一控制引脚、三极管及第一电阻；
所述第一控制引脚与所述驱动芯片电连接的；
所述三极管的集电极用于与微控制单元电连接，所述三极管的基极与所述第一控制引脚电连接，所述三极管的发射极与所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端接地。
3.如权利要求2所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述欠压保护模块包括第二控制引脚、第三控制引脚及电容；
所述第二控制引脚与所述第三控制引脚均与所述驱动芯片电连接，所述第二控制引脚接电源；
所述电容的一端与所述第二控制引脚电连接，所述电容的另一端与所述第一电阻的另一端共地。
4.如权利要求1所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述短路保护模块包括与所述驱动芯片电连接的第四控制引脚、与所述第四控制引脚电连接的过滤器及与所述过滤器电连接的第二电阻，所述第二电阻接地。
5.如权利要求4所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述误导通保护模块包括第五控制引脚、第六控制引脚、第七控制引脚、第八控制引脚、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一MOS管及第二MOS管；
所述第五控制引脚、所述第六控制引脚、所述第七控制引脚及所述第八控制引脚均与所述驱动芯片电连接；
所述第四电阻与所述第一MOS管电连接，所述第三电阻与所述第一MOS管的栅极电连接至第五控制引脚，所述第三电阻与所述第四电阻并联连接；
所述第五电阻的一端与所述第六控制引脚电连接，所述第六电阻的一端与所述第七控制引脚电连接，所述第五电阻另一端、所述第六电阻的另一端及所述第八控制引脚均电连接至所述第一MOS管，所述第一MOS管、所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端及所述第七控制引脚均与所述第二MOS管的栅极电连接；
所述第二MOS管与所述第二电阻之间的连接结点与所述过滤器电连接，所述第二MOS管接地、且所述第二MOS管用于与开关晶体管电连接。
6.如权利要求1所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述恒流输出模块包括第九控制引脚、第十控制引脚及第七电阻；
所述第九控制引脚及所述第十控制引脚均与所述驱动芯片电连接；
所述第七电阻的一端与所述第十控制引脚电连接，另一端与所述第九控制引脚共地。
7.如权利要求6所述的栅极驱动保护电路，其特征在于，所述第七电阻为热敏电阻。
8.一种栅极驱动保护系统，其特征在于，包括：
微控制单元；
如权利要求1至7中任意一项所述的栅极驱动保护电路，所述栅极驱动保护电路与所述微控制单元电连接；以及，
开关晶体管，与所述栅极驱动保护电路电连接。
9.如权利要求8所述的栅极驱动保护系统，其特征在于，所述开关晶体管为绝缘栅双极晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
10.一种车载逆变器系统，其特征在于，包括如权利要求8至9中任意一项所述的栅极驱动保护系统。
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CN115913204B (zh) * 2023-03-08 2023-05-05 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 一种电子开关及自动控制电路

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