CN116759995A - 一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路 - Google Patents

一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，涉及故障保护技术领域，包括脉冲发生控制模块，用于提供脉冲信号并由驱动控制模块提高信号的驱动能力；短路检测模块，用于短路检测；电压检测控制模块，用于进行过压检测和与逻辑计算；第一传输控制模块和第二传输控制模块，均用于信号传输控制并驱动单功率管模块的导通工作；电压检测模块，用于过压检测和缩短驱动控制模块的短路保护时间。本发明用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路对单功率管模块进行短路检测，对驱动控制模块输出的信号进行过压检测并在过压时切换信号传输通路，根据电压检测模块检测的过压情况可缩短短路保护的消隐时间和判断出短路的原因。

Description

一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路
技术领域
本发明涉及故障保护技术领域，具体是一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路。
背景技术
智能功率模块是一种先进的功率开关器件，其由高速、低功率的IGBT芯片和优选的驱动芯片及保护电路构成，由驱动芯片驱动IGBT芯片的工作，再由保护电路进行过压保护、短路保护、过流保护和过热保护等，其中在进行短路保护时，驱动芯片通过去饱和电路进行短路检测，具体根据去饱和电路中电容器的电压大小进行短路判断，电容器虽可以避免电路的误保护动作，但是存在一定的消隐时间，在消隐期间无法判断故障类型，且无法自动缩短消隐时长，长期容易降低IGBT芯片的使用寿命，因此有待改进。
发明内容
本发明实施例提供一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
依据本发明实施例中，提供一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，该用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路包括：脉冲发生控制模块，驱动控制模块，电压检测模块，第一传输控制模块，第二传输控制模块，单功率管模块，短路检测模块，电压检测控制模块；
所述脉冲发生控制模块，用于输出第一脉冲信号，用于通过传输控制电路接收第一脉冲信号并输出第二脉冲信号；
所述驱动控制模块，与所述脉冲发生控制模块连接，用于通过驱动控制电路提高所述第一脉冲信号和第二脉冲信号的驱动能力并分别输出第三脉冲信号和第四脉冲信号，用于通过所述短路检测模块输出的信号控制驱动控制电路停止工作；
所述短路检测模块，与所述驱动控制模块和单功率管模块连接，用于对所述单功率管模块进行短路检测并在短路时输出第一控制信号，用于延时提供第一控制信号的电压值并输出第二控制信号控制所述驱动控制模块的短路保护工作；
所述电压检测控制模块，与所述脉冲发生控制模块、驱动控制模块和短路检测模块连接，用于对所述第三脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第三控制信号，用于对所述第一控制信号进行自锁过压检测并在过压时输出第四控制信号，用于对第三控制信号和第四控制信号进行与逻辑计算并输出第五控制信号，用于通过第五控制信号控制所述传输控制电路的工作；
所述第一传输控制模块，与所述驱动控制模块、单功率管模块和电压检测控制模块连接，用于将所述第三脉冲信号传输给所述单功率管模块，用于接收所述第五控制信号并停止第三脉冲信号的传输工作；
所述第二传输控制模块，与所述驱动控制模块、单功率管模块和电压检测控制模块连接，用于接收所述第五控制信号并将所述第四脉冲信号传输给所述单功率管模块；
所述单功率管模块，用于接收所述第一传输控制模块和第二传输控制模块传输的信号并对输入的信号进行调节；
所述电压检测模块，与所述驱动控制模块连接，用于对所述第四脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第一电位信号并将第一电压信号传输给所述驱动控制模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路由驱动控制模块提高脉冲发生控制模块输出的信号的驱动能力，并由短路检测模块对单功率管模块进行短路检测，同时由电压检测控制模块判断此时驱动控制模块输出的信号是否过压，并在过压时停止第一传输控制模块的工作，并由第二传输控制模块重新为单功率管模块提供脉冲信号，如果此时电压检测模块也检测出第二传输控制模块传输的信号过压时，将加速驱动控制模块的短路保护工作，如果此时电压检测模块检测的信号未过压且短路检测模块未检测到短路，则说明驱动控制模块出现损坏，如果电压检测模块检测的信号未过压但短路检测模块检测到短路，则说明驱动控制模块不仅损坏，而且还存在别的故障问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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发明的一些实施例，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为本发明实例提供的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路的原理方框示意图。
图2为本发明实例提供的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路的电路图。
图3为本发明实例提供的电压检测模块的连接电路图。
图4为本发明实例提供的第一传输控制模块的连接电路图。
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。
在一个实施例中，请参阅图1，一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路包括：脉冲发生控制模块1，驱动控制模块2，电压检测模块3，第一传输控制模块4，第二传输控制模块5，单功率管模块6，短路检测模块7，电压检测控制模块8；
具体地，所述脉冲发生控制模块1，用于输出第一脉冲信号，用于通过传输控制电路接收第一脉冲信号并输出第二脉冲信号；
驱动控制模块2，与所述脉冲发生控制模块1连接，用于通过驱动控制电路提高所述第一脉冲信号和第二脉冲信号的驱动能力并分别输出第三脉冲信号和第四脉冲信号，用于通过所述短路检测模块7输出的信号控制驱动控制电路停止工作；
短路检测模块7，与所述驱动控制模块2和单功率管模块6连接，用于对所述单功率管模块6进行短路检测并在短路时输出第一控制信号，用于延时提供第一控制信号的电压值并输出第二控制信号控制所述驱动控制模块2的短路保护工作；
电压检测控制模块8，与所述脉冲发生控制模块1、驱动控制模块2和短路检测模块7连接，用于对所述第三脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第三控制信号，用于对所述第一控制信号进行自锁过压检测并在过压时输出第四控制信号，用于对第三控制信号和第四控制信号进行与逻辑计算并输出第五控制信号，用于通过第五控制信号控制所述传输控制电路的工作；
第一传输控制模块4，与所述驱动控制模块2、单功率管模块6和电压检测控制模块8连接，用于将所述第三脉冲信号传输给所述单功率管模块6，用于接收所述第五控制信号并停止第三脉冲信号的传输工作；
第二传输控制模块5，与所述驱动控制模块2、单功率管模块6和电压检测控制模块8连接，用于接收所述第五控制信号并将所述第四脉冲信号传输给所述单功率管模块6；
单功率管模块6，用于接收所述第一传输控制模块4和第二传输控制模块5传输的信号并对输入的信号进行调节；
电压检测模块3，与所述驱动控制模块2连接，用于对所述第四脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第一电位信号并将第一电压信号传输给所述驱动控制模块2。
在具体实施例中，上述脉冲发生控制模块1可采用脉冲发生电路和信号传输控制电路，由脉冲发生电路产生第一脉冲信号，并由信号传输控制模块对第一脉冲信号进行传输控制并输出脉宽和幅值与第一脉冲信号相等的第二脉冲信号；上述驱动控制模块2可采用双驱动芯片组成的驱动控制电路，有两路驱动通路；上述电压检测模块3可采用过压检测电路，对驱动控制模块2输出的信号进行过压检测；上述第一传输控制模块4可采用模拟开关等组成的第一传输控制电路，实现信号的传输工作；上述第二传输控制模块5可采用模拟开关组成的第二传输注会电路，实现信号的传输工作；上述单功率管模块6可采用IGBT芯片等组成的单功率管电路，由第一传输控制模块4和第二传输控制模块5传输的信号驱动；上述短路检测模块7可采用电容器和二极管等组成的短路检测电路，检测单功率管模块6的短路情况，其中电容器进行储能并在存储的电容达到一定值时触发驱动控制模块2的短路保护工作；上述电压检测控制模块8可采用过压检测电路、逻辑电路和过压自锁控制电路，由过压检测电路检测驱动控制模块2输出信号的过压情况，由过压自锁控制电路快速检测短路检测模块7信号的过压情况，并由逻辑电路对过压检测电路和过压自锁控制电路输出的信号进行与逻辑计算和信号自锁控制，同时可判断出电路故障类型。
在另一个实施例中，请参阅图1、图2、图3和图4，所述脉冲发生控制模块1包括第一控制器U1、第一缓冲器、第二缓冲器和第一模拟开关J1；所述驱动控制模块2包括第一驱动器U2；
具体地，所述第一控制器U1的脉冲端连接第一缓冲器的输入端和第二缓冲器的输入端，第二缓冲器的输出端连接第一模拟开关J1的输入端，第一模拟开关J1的输出端和第一缓冲器的输出端分别连接第一驱动器U2的第二输入端和第一输入端，第一模拟开关J1的控制端连接所述电压检测控制模块8。
在具体实施例中，上述第一控制器U1可选用，但并不限于STM32单片机作为脉冲发生器使用；上述第一驱动器U2可选用，但并不限于具有两组驱动能力的驱动芯片；上述第一缓冲器和第二缓冲器均可由运算放大器组成的电压跟随电路组成；上述第一模拟开关J1可选用CD4066模拟开关。
进一步地，所述第一传输控制模块4包括第二模拟开关J2、第五电阻R5、第三电源VCC3和第一开关管VT1；所述单功率管模块6包括第二电阻R2、第一功率管Q1和输入端口；
具体地，所述第二模拟开关J2的输入端连接所述第一驱动器U2的第一输出端，第二模拟开关J2的输出端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接第一功率管Q1的栅极，第一功率管Q1的发射极接地，第一功率管Q1的集电极连接输入端口，第二模拟开关J2的控制端连接第一开关管VT1的集电极并通过第五电阻R5连接第三电源VCC3，第一开关管VT1的发射极接地，第一开关管VT1的基极连接所述电压检测控制模块8。
在具体实施例中，上述第二模拟开关J2可选用CD4066模拟芯片；上述第一开关管VT1可选用NPN型三极管；上述第一功率管Q1可选用IGBT芯片。
进一步地，所述电压检测控制模块8包括第一阈值装置、第一比较器A1、第一逻辑芯片U4和第五二极管D5；
具体地，所述第一阈值装置连接第一比较器A1的反相端，第一比较器A1的同相端连接所述第一驱动器U2的第一输出端，第一比较器A1的输出端连接第一逻辑芯片U4的第一输入端和第五二极管D5的阴极，第五二极管D5的阳极连接第一逻辑芯片U4的输出端和所述第一模拟开关J1的控制端。
在具体实施例中，上述第一阈值装置提供电压阈值，配合第一比较器A1检测第一驱动器U2输出的信号的电压大小，其中第一比较器A1可选用LM393比较器；上述第一逻辑芯片U4可选用与逻辑芯片，具体型号不做限定，配合第五二极管D5组成逻辑电路。
进一步地，所述电压检测控制模块8还包括第二二极管D2、第三电阻R3、第二电源VCC2、第三二极管D3、第二比较器A2和第二阈值装置；
具体地，所述第二二极管D2的阳极连接所述短路检测模块7，第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阴极和第二比较器A2的同相端并通过第三电阻R3连接第二电源VCC2，第三二极管D3的阳极连接第二比较器A2的输出端和所述第一逻辑芯片U4的第二输入端，第二比较器A2的反相端连接第二阈值装置。
在具体实施例中，上述第二比较器A2可选用LM393比较器，配合第二二极管D2、第三电阻R3、第二电源VCC2、第三二极管D3和第二阈值装置组成过压自锁控制电路，其中第二阈值装置提供电压阈值，用于检测短路检测模块7存储的电能大小，由于第二电源VCC2，第二比较器A2进行过压判断的速度比第一驱动器U2进行短路判断的速度快，继而保证第一传输控制模块4和第二传输控制模块5在进行通路切换工作和电压检测时仍处于第一驱动器U2的消隐时间内。
进一步地，所述短路检测模块7包括第一电源VCC1、第一二极管D1和第一电容C1；
具体地，所述第一二极管D1的阴极连接所述第一功率管Q1的集电极，第一二极管D1的阳极连接所述第二二极管D2的阳极、第一驱动器U2的第一检测端、第一驱动器U2的第二检测端和第一电容C1的一端并通过第一电阻连接第一电源VCC1，第一电容C1的另一端接地。
在具体实施例中，上述第一二极管D1用于短路检测，由第一电容C1进行电能存储，在第一电容C1存储的电能达到一定值时配合第一电源VCC1提供的电能触发第一驱动器U2的检测端进行短路判断。
进一步地，所述电压检测模块3包括第三比较器A3、第四二极管D4和第四电阻R4；所述第二传输控制模块5包括第三模拟开关J3；
具体地，所述第三比较器A3的同相端连接第四二极管D4的阴极、第三模拟开关J3的输入端和所述第一驱动器U2的第二输出端，第三比较器A3的反相端连接所述第一阈值装置，第三比较器A3的输出端连接第四二极管D4的阳极并通过第四电阻R4连接所述第一驱动器U2的第一检测端，第三模拟开关J3的输出端连接所述第二电阻R2的第一端，第三模拟开关J3的控制端连接所述第一逻辑芯片U4的输出端。
在具体实施例中，上述第三比较器A3可选用LM393比较器，配合第一阈值装置检测第一驱动器U2的第二输出端输出的信号电压大小，并在过压时为第一电容C1提供电能，以便提前触发第一驱动器U2的保护工作。
本发明一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路中，当第一功率管Q1未短路时，第一控制器U1提供的信号正常通过第一缓冲器传输给第一驱动器U2，第一驱动器U2提高信号驱动能力，并且第二模拟开关J2导通，将信号传输给第一功率管Q1，正常控制第一功率管Q1的工作，如果此时第一驱动器U2的第一输出端输出的信号过高时，将由第一比较器A1输出高电平，同时第一二极管D1被击穿，第一功率管Q1发生短路，第一电容C1进行储能，第二比较器A2对第一电容C1存储的电能进行过压判断，由第二比较器A2提前输出高电平，继而使得第一逻辑芯片U4的输出端输出高电平并控制第一模拟开关J1和第三模拟开关J3的通路导通，第二模拟开关J2截止，使得第一控制器U1输出的信号由第二缓冲器和第一模拟开关J1传输给第一驱动器U2的第二输入端，使得第一驱动器U2的第二输出端输出信号并通过第三模拟开关J3驱动第一功率管Q1的工作，如果此时第三比较器A3未检测到过压，则说明第一驱动器U2内部的其中一个驱动通路出现损坏，如果第三比较器A3仍过压，则由第三比较器A3为第一电容C1提供电能，加快第一电容C1存储的电能达到第一驱动器U2的保护值，继而触发第一驱动器U2的短路保护，如果第三比较器A3未检测到过压，但第一二极管D1仍检测到短路，则说明短路并不是由第一驱动器U2导致的，同时第一驱动器U2将正常进行短路保护。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，
该用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路包括：脉冲发生控制模块，驱动控制模块，电压检测模块，第一传输控制模块，第二传输控制模块，单功率管模块，短路检测模块，电压检测控制模块；
所述脉冲发生控制模块，用于输出第一脉冲信号，用于通过传输控制电路接收第一脉冲信号并输出第二脉冲信号；
所述驱动控制模块，与所述脉冲发生控制模块连接，用于通过驱动控制电路提高所述第一脉冲信号和第二脉冲信号的驱动能力并分别输出第三脉冲信号和第四脉冲信号，用于通过所述短路检测模块输出的信号控制驱动控制电路停止工作；
所述短路检测模块，与所述驱动控制模块和单功率管模块连接，用于对所述单功率管模块进行短路检测并在短路时输出第一控制信号，用于延时提供第一控制信号的电压值并输出第二控制信号控制所述驱动控制模块的短路保护工作；
所述电压检测控制模块，与所述脉冲发生控制模块、驱动控制模块和短路检测模块连接，用于对所述第三脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第三控制信号，用于对所述第一控制信号进行自锁过压检测并在过压时输出第四控制信号，用于对第三控制信号和第四控制信号进行与逻辑计算并输出第五控制信号，用于通过第五控制信号控制所述传输控制电路的工作；
所述第一传输控制模块，与所述驱动控制模块、单功率管模块和电压检测控制模块连接，用于将所述第三脉冲信号传输给所述单功率管模块，用于接收所述第五控制信号并停止第三脉冲信号的传输工作；
所述第二传输控制模块，与所述驱动控制模块、单功率管模块和电压检测控制模块连接，用于接收所述第五控制信号并将所述第四脉冲信号传输给所述单功率管模块；
所述单功率管模块，用于接收所述第一传输控制模块和第二传输控制模块传输的信号并对输入的信号进行调节；
所述电压检测模块，与所述驱动控制模块连接，用于对所述第四脉冲信号进行过压检测并在过压时输出第一电位信号并将第一电压信号传输给所述驱动控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述脉冲发生控制模块包括第一控制器、第一缓冲器、第二缓冲器和第一模拟开关；所述驱动控制模块包括第一驱动器；
所述第一控制器的脉冲端连接第一缓冲器的输入端和第二缓冲器的输入端，第二缓冲器的输出端连接第一模拟开关的输入端，第一模拟开关的输出端和第一缓冲器的输出端分别连接第一驱动器的第二输入端和第一输入端，第一模拟开关的控制端连接所述电压检测控制模块。
3.根据权利要求2所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述第一传输控制模块包括第二模拟开关、第五电阻、第三电源和第一开关管；所述单功率管模块包括第二电阻、第一功率管和输入端口；
所述第二模拟开关的输入端连接所述第一驱动器的第一输出端，第二模拟开关的输出端连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第一功率管的栅极，第一功率管的发射极接地，第一功率管的集电极连接输入端口，第二模拟开关的控制端连接第一开关管的集电极并通过第五电阻连接第三电源，第一开关管的发射极接地，第一开关管的基极连接所述电压检测控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述电压检测控制模块包括第一阈值装置、第一比较器、第一逻辑芯片和第五二极管；
所述第一阈值装置连接第一比较器的反相端，第一比较器的同相端连接所述第一驱动器的第一输出端，第一比较器的输出端连接第一逻辑芯片的第一输入端和第五二极管的阴极，第五二极管的阳极连接第一逻辑芯片的输出端和所述第一模拟开关的控制端。
5.根据权利要求4所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述电压检测控制模块还包括第二二极管、第三电阻、第二电源、第三二极管、第二比较器和第二阈值装置；
所述第二二极管的阳极连接所述短路检测模块，第二二极管的阴极连接第三二极管的阴极和第二比较器的同相端并通过第三电阻连接第二电源，第三二极管的阳极连接第二比较器的输出端和所述第一逻辑芯片的第二输入端，第二比较器的反相端连接第二阈值装置。
6.根据权利要求5所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述短路检测模块包括第一电源、第一二极管和第一电容；
所述第一二极管的阴极连接所述第一功率管的集电极，第一二极管的阳极连接所述第二二极管的阳极、第一驱动器的第一检测端、第一驱动器的第二检测端和第一电容的一端并通过第一电阻连接第一电源，第一电容的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种用于单功率模块驱动芯片的驱动故障保护电路，其特征在于，所述电压检测模块包括第三比较器、第四二极管和第四电阻；所述第二传输控制模块包括第三模拟开关；
所述第三比较器的同相端连接第四二极管的阴极、第三模拟开关的输入端和所述第一驱动器的第二输出端，第三比较器的反相端连接所述第一阈值装置，第三比较器的输出端连接第四二极管的阳极并通过第四电阻连接所述第一驱动器的第一检测端，第三模拟开关的输出端连接所述第二电阻的第一端，第三模拟开关的控制端连接所述第一逻辑芯片的输出端。
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