CN203151083U

CN203151083U - 一种igbt模块短路保护电路

Info

Publication number: CN203151083U
Application number: CN201220471086.2U
Authority: CN
Inventors: 郝选; 王茂峰; 池家武
Original assignee: KINCO AUTOMATION (SHENZHEN) CO Ltd
Current assignee: KINCO AUTOMATION (SHENZHEN) CO Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2022-09-06

Abstract

本实用新型涉及IGBT电路，具体地来说为一种IGBT模块短路保护电路。包括与IGBT模块连接，控制IGBT模块关断触发的PWM光耦隔离驱动电路；与IGBT模块输入端相连的电流检测器，该电流检测器包括分流电阻、限流电阻以及信号输出光耦，分流电阻与限流电阻与信号输出光耦连接，通过分流电阻上的分压导通信号输出光耦后，信号输出光耦通过PWM光耦隔离驱动电路向IGBT模块发出封锁信号，从而将IGBT模块封锁起到保护的作用。本实用新型通过电阻，光耦，和简单的控制电路，就能很好的对IGBT短路进行有效的保护，电路简单易行。

Description

一种IGBT模块短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及IGBT电路，具体地来说为一种IGBT模块短路保护电路。

背景技术

IGBT是一种目前被广泛使用的具有自关断能力的器件开关频率高广泛应用于各类固态电源中。但如果控制不当，它很容易损坏。一般认为IGBT损坏的主要原因有两种：一是IGBT退出饱和区而进入了放大区使得开关损耗增大；二是IGBT发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使IGBT损坏。IGBT的保护通常采用快速自保护的办法即当故障发生时，关断IGBT驱动电路，在驱动电路中实现退饱和保护；或者当发生短路时，快速地关断IGBT。根据监测对象的不同IGBT的短路保护可分为Uge监测法或Uce监测法，二者原理基本相似都是利用集电极电流IC升高时Uge或Uce也会升高这一现象。当Uge或Uce超过Uge Usat或U-CE Usat时，就自动关断IGBT的驱动电路。由于Uge在发生故障时基本不变，而Uce的变化较大并且当退饱和发生时Uge变化也小难以掌握，因而在实践中一般采用Uce监测技术来对IGBT进行保护。当电路出现短路时流过IGBT电流较大，当电流达到一定程度是会对IGBT损坏。

综上，现有的电路存在结构复杂、损耗大等缺点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种结构简单，能避免干扰信号的IGBT模块短路保护电路。

本实用新型采用如下的技术方案：

一种IGBT模块短路保护电路，包括：

与IGBT模块连接，控制IGBT模块关断触发的PWM光耦隔离驱动电路；

与IGBT模块输入端相连的电流检测器，所述电流检测器包括串接于IGBT模块的直流母线正极的第一分流电阻R1、第一限流电阻R2、第二限流电阻R3、以及第一信号输出光耦，其中分流电阻R1的一端与直流输入端连接，另一端连接在第一信号输出光耦的第二引脚上和IGBT直流母线正极，第一限流电阻R2与第二限流电阻R3串联通过第二限流电阻R3的一端连接在第一信号输出光耦的第一引脚上，第一限流电阻R2的一端与第二限流电阻R3连接，另一端与直流输入端和分流电阻R1的连接节点连接，分流电阻R1与第一信号输出光耦的连接节点与IGBT模块的直流母线正极相连；

所述电流检测器的信号输出端连接有信号控制电路；

该IGBT模块短路保护电路还包括有数字信号处理器，数字信号处理器输出端与PWM光耦隔离驱动电路的输入端相连，数字信号处理器输入端与信号控制电路的信号输出端相连。

在上述技术方案的基础上，进一步地，该电流检测器还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路包括第一稳压二极管Z1和第一电容C1，第一稳压二极管Z1和第一电容C1并联，并联的一连接节点连接在分流电阻R1和第一信号输出光耦的连接节点上，另一端连接在第一限流电阻R2和第二限流电阻R3的连接节点上。

进一步地，所述第一滤波电路还包括第二电容C2，第二电容C2与分流电阻R1并联连接。

进一步地，所述第一信号输出光耦的第四引脚OC通过连接一第四电阻R4连接电源电压VCC，所述第一信号输出光耦的第四引脚OC与信号控制电路的输入端连接。

进一步地，所述的电流检测器还包括串接于IGBT模块的直流母线负极的第二分流电阻R5，第三限流电阻R6、第四限流电阻R7、以及第二信号输出光耦，其中第二分流电阻R5的一端与直流输出端以及第二信号输出光耦的第二引脚连接，第二分流电阻R5的另一端与IGBT模块的直流母线负极，第三限流电阻R6与第四限流电阻R7串联通过第三限流电阻R6的一端连接在第二信号输出光耦的第一引脚上，第四限流电阻R7的一端与第三限流电阻R6连接，另一端与IGBT模块的直流母线负极和第二分流电阻R5的连接节点连接。

进一步地，该电流检测器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路包括第二稳压二极管Z2和第四电容C4，第二稳压二极管Z2和第四电容C4并联，并联的一连接节点连接在直流输出端，另一端连接在第三限流电阻R6与第四限流电阻R7的连接节点上。

进一步地，所述第二滤波电路还包括第三电容C3，第三电容C3与第二分流电阻R5并联连接。

进一步地，所述第二信号输出光耦的第四引脚OC通过第八电阻R8连接电源电压VCC，第二信号输出光耦的第四引脚OC与信号控制电路的信号输入端相连。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1.本实用新型通过电阻，光耦，和简单的控制电路，就能很好的对IGBT短路进行有效的保护，电路简单易行；

2.本实用新型是在IGBT模块的直流母线正和负上分别串接分流电阻，在IGBT短路时产生的大的电流时，通过检测分流电阻上的电压，当达到一定的电压时，通过信号输出光耦的导通和关断，把短路信号送到信号控制电路，同时信号控制电路将短路信号输送至数字信号处理器，信号经过数字信号处理器处理后输出至PWM光耦隔离驱动电路，PWM光耦隔离驱动电路及时关断PWM信号驱动，通过这一电路可以节省检测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低整个系统的成本。并能够很好的检测对地短路的处理；

3.电流检测器包括串接于直流母线正和负极的分流电阻将信号送到输出控制信号的信号输出光耦。采用本实用新型的电流检测器电路可节约整个电路的成本。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细地说明：

如图1所示，本实用新型IGBT模块短路保护电路，包括：与IGBT模块连接，控制IGBT模块关断触发的PWM光耦隔离驱动电路；与IGBT模块输入端相连的电流检测器，所述电流检测器包括串接于IGBT模块的直流母线正极的第一分流电阻R1、第一限流电阻R2、第二限流电阻R3、以及第一信号输出光耦，其中分流电阻R1的一端与直流输入端连接，另一端连接在第一信号输出光耦的第二引脚上和IGBT直流母线正极，第一限流电阻R2与第二限流电阻R3串联通过第二限流电阻R3的一端连接在第一信号输出光耦OP1的第一引脚上，第一限流电阻R2的一端与第二限流电阻R3连接，另一端与直流输入端和分流电阻R1的连接节点连接，分流电阻R1与第一信号输出光耦的连接节点与IGBT模块的直流母线正极相连；

该电流检测器的信号输出端连接有信号控制电路；该IGBT模块短路保护电路还包括有数字信号处理器，数字信号处理器输出端与PWM光耦隔离驱动电路的输入端相连，数字信号处理器输入端与信号控制电路的信号输出端相连。

该电流检测器还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路包括第一稳压二极管Z1和第一电容C1，第一稳压二极管Z1和第一电容C1并联，并联的一连接节点连接在分流电阻R1和第一信号输出光耦OP1的连接节点上，另一端连接在第一限流电阻R2和第二限流电阻R3的连接节点上。

第一滤波电路还包括第二电容C2，第二电容C2与分流电阻R1并联连接。

第一信号输出光耦OP1的第四引脚OC通过连接一第四电阻R4连接电源电压VCC，所述第一信号输出光耦OP1的第四引脚OC与信号控制电路的输入端连接。

电流检测器还包括串接于IGBT模块的直流母线负极的第二分流电阻R5，第三限流电阻R6、第四限流电阻R7、以及第二信号输出光耦OP2，其中第二分流电阻R5的一端与直流输出端以及第二信号输出光耦OP2的第二引脚连接，第二分流电阻R5的另一端与IGBT模块的直流母线负极，第三限流电阻R6与第四限流电阻R7串联通过第三限流电阻R6的一端连接在第二信号输出光耦OP2的第一引脚上，第四限流电阻R7的一端与第三限流电阻R6连接，另一端与IGBT模块的直流母线负极和第二分流电阻R5的连接节点连接。

该电流检测器还包括第二滤波电路，第二滤波电路包括第二稳压二极管Z2和第四电容C4，第二稳压二极管Z2和第四电容C4并联，并联的一连接节点连接在直流输出端，另一端连接在第三限流电阻R6与第四限流电阻R7的连接节点上。第二滤波电路还包括第三电容C3，第三电容C3与第二分流电阻R5并联连接。

第二信号输出光耦的第四引脚OC通过第八电阻R8连接电源电压VCC，第二信号输出光耦的第四引脚OC与信号控制电路的信号输入端相连。

本实施例中第一信号输出光耦和第二信号输出光耦均采用的型号是H11L1M。

本实用新型的工作过程及原理如下：

该电路包括用于检测IGBT模块驱动电路的母线电流的电流检测器及用于控制IGBT模块驱动的PWM光电隔离驱动电路输出的数字信号处理器，电流检测器中串接于IGBT模块的直流母线正和负极的分流电阻将信号送到输出至信号输出光耦，通过信号输出光耦将短路信号输出至PWM光电隔离驱动电路从而关闭IGBT模块的触发。

本实用新型中的，当IGBT模块的上、下桥臂直通时，电源电压几乎全加在了IGBT开关管两端，此时将产生很大的短路电流，IGBT模块的饱和压降越小，其电流就会越大，从而损坏器件。当器件发生过流时，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，用在损坏器件之前，将IGBT关断来避免开关管的损坏。对于小容量变频器，把第一分流电阻R1和第二分流电阻R5直接串接直流母线的正和负，这样当电流很大时，通过分流电阻两端的电压来反映电流的大小；过电流检测出来的电流信号，经信号输出光耦(第一信号输出光耦或第二信号输出光耦)向信号控制电路输出封锁信号，信号控制电路将信号输送至数字信号处理器，经处理后传送至PWM光耦隔离驱动电路从而关断IGBT模块的触发，实现过流保护。

当IGBT出现短路或者是负载出现短路的情况下，第二电容C2，第三电容C3是当电路电流出现快速的波动的时候，进行滤波，使其能够避免在电阻两端产生干扰使得光耦导通，产生错误的信号；当IGBT出现短路或者是负载出现短路的情况下，在直流正输入和直流负输出上都会出现一个很大的电流，检测电路就是在检测到很大的电流时，在第一分流电阻R1或第二分流电阻R5两端会产生压差，从而使得第一信号输出光耦或第二信号输出光耦导通，及时的封锁IGBT模块，从而起到保护的作用。

当电流Imax增大且到达IGBT模块短路时能承受的电流时，在分流电阻两端产生的电压。在信号输出光耦两端产生电压使得信号输出光耦工作，就会在副边会从高电平变为低电平，这样经过检测就能使得信号隔离就能检测到这个信号使得信号控制电路能输出封锁信号。

以第一分流电阻和第一信号输出光耦为例：

根据欧姆定律：U＝I*R (1)

对于第一分流电阻R1 UR1＝I*R1 (2)

第一信号输出光耦导通需要的电流满足：IF＝(UR1-VF)/(R2+R3) (3)

由(2)和(3)可以得出

IF＝(I*R1-VF)/(R2+R3)

其中：I是流过IGBT模块允许的最大电流；R1是检流电阻；IF是第一信号输出光耦导通的电流；VF是第一信号输出光耦导通时的电压，根据上述的公式选择合适参数选择得当就能够起到保护IGBT模块的效果。

Claims

1.一种IGBT模块短路保护电路，其特征在于，包括：

所述电流检测器的信号输出端连接有信号控制电路；

2.按照权利要求1所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，该电流检测器还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路包括第一稳压二极管Z1和第一电容C1，第一稳压二极管Z1和第一电容C1并联，并联的一连接节点连接在分流电阻R1和第一信号输出光耦的连接节点上，另一端连接在第一限流电阻R2和第二限流电阻R3的连接节点上。

3.按照权利要求2所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，所述第一滤波电路还包括第二电容C2，第二电容C2与分流电阻R1并联连接。

4.按照权利要求1所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，所述第一信号输出光耦的第四引脚OC通过连接一第四电阻R4连接电源电压VCC，所述第一信号输出光耦的第四引脚OC与信号控制电路的输入端连接。

5.按照权利要求1所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，所述的电流检测器还包括串接于IGBT模块的直流母线负极的第二分流电阻R5，第三限流电阻R6、第四限流电阻R7、以及第二信号输出光耦，其中第二分流电阻R5的一端与直流输出端以及第二信号输出光耦的第二引脚连接，第二分流电阻R5的另一端与IGBT模块的直流母线负极，第三限流电阻R6与第四限流电阻R7串联通过第三限流电阻R6的一端连接在第二信号输出光耦的第一引脚上，第四限流电阻R7的一端与第三限流电阻R6连接，另一端与IGBT模块的直流母线负极和第二分流电阻R5的连接节点连接。

6.按照权利要求5所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，该电流检测器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路包括第二稳压二极管Z2和第四电容C4，第二稳压二极管Z2和第四电容C4并联，并联的一连接节点连接在直流输出端，另一端连接在第三限流电阻R6与第四限流电阻R7的连接节点上。

7.按照权利要求5所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，所述第二滤波电路还包括第三电容C3，第三电容C3与第二分流电阻R5并联连接。

8.按照权利要求5所述的IGBT模块短路保护电路，其特征在于，所述第二信号输出光耦的第四引脚OC通过第八电阻R8连接电源电压VCC，第二信号输出光耦的第四引脚OC与信号控制电路的信号输入端相连。