CN116582019A - 一种变频控制电路及半导体设备 - Google Patents

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罗杰馨
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Abstract

本发明提供一种变频控制电路及半导体设备,包括变频控制单元和过流检测单元,其中过流检测单元包括过流检测电路、逻辑电路、第一分压电阻、第二分压电阻及检测电阻,通过在VS端和接地端之间增加第一分压电阻和第二分压电阻,通过采样第二分压电阻的分压信号反馈到下桥臂的过流检测电路用于总和判断是否存在过流,从而能够准确检测第一晶体管是否过流,避免第一晶体管被烧毁。

Description

一种变频控制电路及半导体设备
技术领域
本发明涉及变频控制技术领域,特别是涉及一种变频控制电路及半导体设备。
背景技术
变频控制电路用于控制电机等负载。传统技术中,变频控制电路用桥式电路驱动负载,如图1所示,在桥式电路中的绝缘栅双极型晶体管IGBT2(Insulated Gate BipolarTransistor)的发射极与接地端之间设置检测电阻R1及在IGBT2的发射极与控制器11之间与过流检测电路15连接以用于对桥式电路中的IGBT1和IGBT2进行过流检测。
然而,当VS端对GND间出现短路时,电流不流经IGBT2,所以常规过流检测无法检测到IGBT1的过流。当出现IGBT1短路时,因无法检测到过流,控制器11得不到反馈信号,因此不会对IGBT1实施关断处理,过大的电流会导致IGBT1烧毁。
此外,原理和电路构成相同,IGBT和续流二极管被替换为MOSFET的电路中,同样存在相同的问题。
因此,有必要提供一种变频控制电路及半导体设备,以有效解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种变频控制电路及半导体设备。
本发明实施例提供一种变频控制电路,包括:
变频控制单元,包括半桥电路,包括第一晶体管和第二晶体管,所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别输入不同的驱动信号,所述第一晶体管的集电极输入母线电压,所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的集电极连接并用于与负载连接以用于驱动所述负载;
过流检测单元,包括过流检测电路、逻辑电路、第一分压电阻、第二分压电阻及检测电阻,所述检测电阻的一端与所述第二晶体管的发射极连接,所述检测电阻的另一端接地,所述第一分压电阻和所述第二分压电阻依次串联于所述第二晶体管的集电极与接地端之间,所述逻辑电路的两个输入端分别连接于所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间及连接于所述第二晶体管的发射极,所述逻辑电路的输出端与所述过流检测电路连接,所述逻辑电路用于对其两个输入端进行逻辑运算后输出,所述过流检测电路用于检测所述第一晶体管和所述第二晶体管是否过流。
在一些示例中,所述逻辑电路包括或非门。
在一些示例中,第一晶体管和所述第二晶体管均为IGBT;所述半桥电路还包括第一续流二极管和第二续流二极管,所述第一续流二极管的阴极与所述第一晶体管的集电极连接,所述第一续流二极管的阳极与所述第一晶体管的发射极连接,所述第二续流二极管的阴极与所述第二晶体管的集电极连接,所述第二续流二极管的阳极与所述第二晶体管的发射极连接;或者
所述第一晶体管和所述第二晶体管均为MOSFET。
在一些示例中,所述变频控制单元还包括控制器、电平转换电路、第一死区电路、第一驱动电路及第二驱动电路,所述控制器与所述电平转换电路、第二死区电路连接,所述电平转换电路和所述第一死区电路连接,所述第一死区电路与所述第一驱动电路连接,所述第一驱动电路还与所述第一晶体管的栅极连接以输入第一驱动信号,所述第二死区电路还与所述第二驱动电路连接,所述第二驱动电路还与所述第二晶体管连接以输入第二驱动信号,所述控制器用于发出控制信号,所述电平转换电路用于电平转换,所述第一死区电路和所述第二死区电路用于调整死区时间,所述第一驱动电路用于驱动所述第一晶体管,所述第二驱动电路用于驱动所述第二晶体管。
在一些示例中,所述第一驱动电路包括第一PMOS管及第一NMOS管,所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极均与所述第一死区电路连接,所述第一PMOS管的源极与基级电源电压连接,所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极连接且与所述第一晶体管的栅极连接,所述第一NMOS管的源极与所述第一晶体管的发射极连接。
在一些示例中,所述第二驱动电路包括第二PMOS管及第二NMOS管,所述第二PMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极均与所述第二死区电路连接,所述第二PMOS管的源极与电源电压连接,所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接且与所述第二晶体管的栅极连接,所述第二NMOS管的源极与所述第二晶体管的发射极连接。
在一些示例中,所述过流检测电路还与所述控制器连接,所述控制器还用于在所述过流检测单元检测到所述第一晶体管和/或所述第二晶体管过流时控制所述第一晶体管和所述第二晶体管停止工作以控制所述负载停止运行。
根据权利要求7所述的变频控制电路,其特征在于,所述负载包括三相电机,所述变频控制电路还包括第二变频控制单元、第三变频控制单元,所述第一变频控制单元、所述第二变频控制单元及所述第三变频控制单元分别与所述三相电机的三相线连接以控制所述三相电机;
所述变频控制电路还包括第二过流检测单元和/或第三过流检测单元,所述第二过流检测单元与所述第三过流检测单元分别用于检测所述第二变频控制单元中晶体管是否过流及用于检测所述第三变频控制单元中晶体管是否过流。
在一些示例中,所述负载包括单相电机,所述变频控制电路还包括第四变频控制单元、第四过流检测单元,所述第一变频控制单元、所述第四变频控制单元分别与所述单相电机的正极和负极连接以用于控制所述单相电机,所述第四过流检测单元用于检测所述第四变频控制单元中晶体管是否过流。
本发明还提供一种半导体设备,包括如上述任一项所述的变频控制电路及所述负载。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:本发明通过在VS端和接地端之间增加第一分压电阻和第二分压电阻,通过采样第二分压电阻的分压信号反馈到下桥臂的过流检测电路用于总和判断是否存在过流,从而能够准确检测第一晶体管是否过流,避免第一晶体管被烧毁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统技术提供的一种变频控制电路的电路图;
图2为本发明的一个实施例提供的变频控制电路的电路图;
图3为本发明的一个实施例提供的负载连接关系示意图;
图4为本发明的另一个实施例提供的负载连接关系示意图。
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。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
变频控制电路用于控制电机等负载。传统技术中,变频控制电路用桥式电路驱动负载,如图1所示,在桥式电路中的绝缘栅双极型晶体管IGBT2(Insulated Gate BipolarTransistor)的发射极与接地端之间设置检测电阻R1及在IGBT2的发射极与控制器11之间与过流检测电路15连接以用于对桥式电路中的IGBT1和IGBT2进行过流检测。
然而,当VS端对GND间出现短路时,电流不流经IGBT2,所以常规过流检测无法检测到IGBT1的过流。当出现IGBT1短路时,因无法检测到过流,控制器11得不到反馈信号,因此不会对IGBT1实施关断处理,过大的电流会导致IGBT1烧毁。
基于现有技术存在的问题,本发明实施例提供一种变频控制电路及半导体设备。
图2为本发明的一个实施例提供的一种变频控制电路的电路图。如图2所示,变频控制电路包括变频控制单元10及过流检测单元20。
其中,变频控制单元10包括半桥电路。半桥电路包括第一晶体管IGBT1和第二晶体管IGBT2。第一晶体管IGBT1的栅极和第二晶体管IGBT2的栅极分别输入不同的驱动信号,第一晶体管IGBT1的集电极输入母线电压VB。第一晶体管IGBT1的发射极与第二晶体管IGBT2的集电极连接并用于与负载(图2未示出)连接以用于驱动负载。
过流检测单元包括过流检测电路21、逻辑电路22、第一分压电阻R2、第二分压电阻R3及检测电阻R1。检测电阻R1的一端与第二晶体管IGBT2的发射极连接,检测电阻R1的另一端接地。第一分压电阻R2和第二分压电阻R3依次串联于第二晶体管IGBT2的集电极与接地端之间。逻辑电路22的两个输入端分别连接于第一分压电阻R2和第二分压电阻R3之间及连接于第二晶体管IGBT2的发射极。逻辑电路22的输出端与过流检测电路21连接。逻辑电路22用于对其两个输入端进行逻辑运算后输出。过流检测电路21用于检测第一晶体管IGBT1和第二晶体管IGBT2是否过流。
本实施例中,电路的动作时序为第一晶体管IGBT1与第二晶体管IGBT2交替开通。正常时,第一晶体管IGBT1开通,第二晶体管IGBT2关断,VS对GND的电压为第二晶体管IGBT2的电压降,同时作用在第一分压电阻R2与第二分压电阻R3上,所以第二分压电阻R3上会有分压。而当VS对GND短路时,VS电压为零,导致第二分压电阻R3的分压也为零,将此信号变化反馈回控制回路,发出关断信号,可以避免第一晶体管IGBT1烧毁。
在一些示例中,逻辑电路22包括或非门U1。在其他示例中,逻辑电路22可以用其他多个逻辑门组合实现,从而实现逻辑或非功能。
在一些示例中,第一晶体管IGBT1和第二晶体管IGBT2均为IGBT。半桥电路还包括第一续流二极管D1和第二续流二极管D2。第一续流二极管D1的阴极与第一晶体管IGBT1的集电极连接,第一续流二极管D1的阳极与第一晶体管IGBT1的发射极连接,第二续流二极管D2的阴极与第二晶体管IGBT2的集电极连接,第二续流二极管D2的阳极与第二晶体管IGBT2的发射极连接。在其他示例中,第一晶体管IGBT1和第二晶体管IGBT2均为金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor),并且不需要续流二极管。
在一些示例中,变频控制单元10还包括控制器、11电平转换电路12、第一死区电路13、第一驱动电路151及第二驱动电路152。控制器11与电平转换电路12、第二死区电路14连接,电平转换电路12和第一死区电路13连接,第一死区电路13与第一驱动电路151连接,第一驱动电路151还与第一晶体管IGBT1的栅极连接以输入第一驱动信号,第二死区电路14还与第二驱动电路152连接,第二驱动电路152还与第二晶体管IGBT2连接以输入第二驱动信号,控制器11用于发出控制信号,电平转换电路12用于电平转换,第一死区电路13和第二死区电路14用于调整死区时间,第一驱动电路151用于驱动第一晶体管IGBT1,第二驱动电路152用于驱动第二晶体管IGBT2。
在一些示例中,第一驱动电路151包括第一PMOS管Q1及第一NMOS管Q2。第一PMOS管Q1的栅极和第一NMOS管Q2的栅极均与第一死区电路13连接。第一PMOS管Q1的源极与基级电源电压VB连接,第一PMOS管Q1的漏极与第一NMOS管Q2的漏极连接且与第一晶体管IGBT1的栅极连接,第一NMOS管Q2的源极与第一晶体管IGBT1的发射极连接。
第二驱动电路152包括第二PMOS管Q3及第二NMOS管Q4。第二PMOS管Q3的栅极和第二NMOS管Q4的栅极均与第二死区电路14连接,第二PMOS管Q3的源极与电源电压VCC连接,第二PMOS管Q3的漏极与第二NMOS管Q4的漏极连接且与第二晶体管IGBT2的栅极连接,第二NMOS管Q4的源极与第二晶体管IGBT2的发射极连接。
需要说明的是,变频控制单元10中各电路的结构可以以现有技术中任意的电路结构实现。
在一些示例中,过流检测电路21还与控制器11连接。控制器11还用于在过流检测单元20检测到第一晶体管IGBT1和/或第二晶体管IGBT2过流时控制第一晶体管IGBT1和第二晶体管IGBT2停止工作以控制负载停止运行。
在一些示例中,如图3所示,负载包括三相电机M。变频控制电路还包括第二变频控制单元、第三变频控制单元。第一变频控制单元、第二变频控制单元及第三变频控制单元分别与三相电机的三相线连接以控制三相电机。变频控制电路还包括第二过流检测单元和/或第三过流检测单元,第二过流检测单元与第三过流检测单元分别用于检测第二变频控制单元中晶体管是否过流及用于检测第三变频控制单元中晶体管是否过流。
本实施例中,第二变频控制单元和第三变频控制单元可以与上述实施例中的变频控制单元10内部电路相同,并且分别包括晶体管IGBT3和IGBT4,及包括晶体管IGBT5和IGBT6。第二过流检测单元的电路与过流检测单元的电路结构相同从而检测晶体管IGBT3和IGBT4是否过流。第三过流检测单元的电路与过流检测单元20的电路结构相同从而检测晶体管IGBT5和IGBT6是否过流。
在一些示例中,如图4所示,负载包括单相电机M2。变频控制电路还包括第四变频控制单元、第四过流检测单元。第一变频控制单元、第四变频控制单元分别与单相电机M3的正极和负极连接以用于控制单相电机M2。第四过流检测单元用于检测第四变频控制单元中晶体管是否过流。
本实施例中,第四变频控制单元可以与上述实施例中的变频控制单元10内部电路相同,并且分别包括晶体管IGBT7和IGBT8。第四过流检测单元的电路与过流检测单元20的电路结构相同从而检测晶体管IGBT7和IGBT8是否过流。
本申请还提供一种半导体设备,包括上述任意一个实施例中的变频控制电路及负载。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各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:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种变频控制电路,其特征在于,包括:
变频控制单元,包括半桥电路,所述半桥电路包括第一晶体管和第二晶体管,所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极分别输入不同的驱动信号,所述第一晶体管的集电极输入母线电压,所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的集电极连接并用于与负载连接以用于驱动所述负载;
过流检测单元,包括过流检测电路、逻辑电路、第一分压电阻、第二分压电阻及检测电阻,所述检测电阻的一端与所述第二晶体管的发射极连接,所述检测电阻的另一端接地,所述第一分压电阻和所述第二分压电阻依次串联于所述第二晶体管的集电极与接地端之间,所述逻辑电路的两个输入端分别连接于所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间及连接于所述第二晶体管的发射极,所述逻辑电路的输出端与所述过流检测电路连接,所述逻辑电路用于对其两个输入端进行逻辑运算后输出,所述过流检测电路用于检测所述第一晶体管和所述第二晶体管是否过流。
2.根据权利要求1所述的变频控制电路,其特征在于,所述逻辑电路包括或非门。
3.根据权利要求1所述的变频控制电路,其特征在于,所述第一晶体管和所述第二晶体管均为IGBT;所述半桥电路还包括第一续流二极管和第二续流二极管,所述第一续流二极管的阴极与所述第一晶体管的集电极连接,所述第一续流二极管的阳极与所述第一晶体管的发射极连接,所述第二续流二极管的阴极与所述第二晶体管的集电极连接,所述第二续流二极管的阳极与所述第二晶体管的发射极连接;或者
所述第一晶体管和所述第二晶体管均为MOSFET。
4.根据权利要求1所述的变频控制电路,其特征在于,所述变频控制单元还包括控制器、电平转换电路、第一死区电路、第一驱动电路及第二驱动电路,所述控制器与所述电平转换电路、第二死区电路连接,所述电平转换电路和所述第一死区电路连接,所述第一死区电路与所述第一驱动电路连接,所述第一驱动电路还与所述第一晶体管的栅极连接以输入第一驱动信号,所述第二死区电路还与所述第二驱动电路连接,所述第二驱动电路还与所述第二晶体管连接以输入第二驱动信号,所述控制器用于发出控制信号,所述电平转换电路用于电平转换,所述第一死区电路和所述第二死区电路用于调整死区时间,所述第一驱动电路用于驱动所述第一晶体管,所述第二驱动电路用于驱动所述第二晶体管。
5.根据权利要求4所述的变频控制电路,其特征在于,所述第一驱动电路包括第一PMOS管及第一NMOS管,所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极均与所述第一死区电路连接,所述第一PMOS管的源极与基级电源电压连接,所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极连接且与所述第一晶体管的栅极连接,所述第一NMOS管的源极与所述第一晶体管的发射极连接。
6.根据权利要求5所述的变频控制电路,其特征在于,所述第二驱动电路包括第二PMOS管及第二NMOS管,所述第二PMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极均与所述第二死区电路连接,所述第二PMOS管的源极与电源电压连接,所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接且与所述第二晶体管的栅极连接,所述第二NMOS管的源极与所述第二晶体管的发射极连接。
7.根据权利要求4所述的变频控制电路,其特征在于,所述过流检测电路还与所述控制器连接,所述控制器还用于在所述过流检测单元检测到所述第一晶体管和/或所述第二晶体管过流时控制所述第一晶体管和所述第二晶体管停止工作以控制所述负载停止运行。
8.根据权利要求7所述的变频控制电路,其特征在于,所述负载包括三相电机,所述变频控制电路还包括第二变频控制单元、第三变频控制单元,所述第一变频控制单元、所述第二变频控制单元及所述第三变频控制单元分别与所述三相电机的三相线连接以控制所述三相电机;
所述变频控制电路还包括第二过流检测单元和/或第三过流检测单元,所述第二过流检测单元与所述第三过流检测单元分别用于检测所述第二变频控制单元中晶体管是否过流及用于检测所述第三变频控制单元中晶体管是否过流。
9.根据权利要求7所述的变频控制电路,其特征在于,所述负载包括单相电机,所述变频控制电路还包括第四变频控制单元、第四过流检测单元,所述第一变频控制单元、所述第四变频控制单元分别与所述单相电机的正极和负极连接以用于控制所述单相电机,所述第四过流检测单元用于检测所述第四变频控制单元中晶体管是否过流。
10.一种半导体设备,其特征在于,包括如权利要求1至9任一项所述的变频控制电路及所述负载。
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