CN203406604U - Igbt过流保护电路和变流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种IGBT过流保护电路和变流装置，其中该IGBT过流保护电路与变流装置中的负载连接，包括绝缘栅双极型晶体管、驱动控制模块和电压钳位控制模块。本实用新型的IGBT过流保护电路，通过驱动控制模块根据接收到的PWM驱动信号控制绝缘栅双极型晶体管IGBT导通或截止，且在IGBT导通过程中出现过流情况时，通过电压钳位控制模块对IGBT的栅极电压进行钳位，以降低IGBT的栅极电压，增大IGBT的导通饱和压降，从而提高IGBT的过流能力，延长IGBT的过流承受时间，防止发生对IGBT误保护或IGBT误动作现象。

Description

IGBT过流保护电路和变流装置

技术领域

本实用新型涉及过流保护技术领域，尤其涉及一种IGBT过流保护电路和变流装置。

背景技术

IGBT（Insulated Gate Bipo1ar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）是MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管）与GTR（Giant Transistor，大功率晶体管）的复合器件，因此，IGBT既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。特别是目前已经被推广应用的第四代IGBT，具有通态压降更低、开关速度更快、体积更小等更多的优点。因此IGBT非常适合应用于直流电压为600V及大于600V的变流系统，如：交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

但是，由于任何一个通电的导体都会产生磁场，还有加之电路板走线的杂散电感，IGBT本身的分布电容，又由于IGBT通常工作在高频、高压、大电流的条件下，因此IGBT在导通的时候，往往由于磁场干扰、走线的杂散电感、分布电容等因素的影响，很容易发生瞬间过流的情况。实际应用中，IGBT是允许有一定时间范围之内的过流能力的，如果只要一检测到IGBT过流，且过流时间未超出IGBT所允许的时间范围的情况下，就对IGBT或系统进行保护，那么就会发生对IGBT误保护或IGBT误动作现象。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种IGBT过流保护电路和变流装置，旨在当提高绝缘栅双极型晶体管IGBT的过流能力，延长IGBT的过流承受时间，防止发生对IGBT误保护或IGBT误动作现象。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种IGBT过流保护电路，该IGBT过流保护电路与负载连接，包括绝缘栅双极型晶体管、用于根据接收到的PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）驱动信号控制所述绝缘栅双极型晶体管导通或截止的驱动控制模块，以及用于在过流时对所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压进行钳位的电压钳位控制模块；

所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述驱动控制模块连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的漏极与所述负载连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地。

优选地，所述驱动控制模块包括工作电压输入端、驱动控制信号输入端、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一二极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一三极管的基极与所述驱动控制信号输入端连接，所述第一三极管的集电极与所述工作电压输入端连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接，且与所述第三三极管的基极连接；

所述第二三极管的集电极与所述工作电压输入端连接，所述第二三极管的发射极经由所述第一电阻与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，且经由所述第二电阻与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接；

所述第三三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接，所述第三三极管的集电极接地。

优选地，所述驱动控制模块还包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与所述驱动控制信号输入端连接，所述第三电阻的另一端接地；

所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，且与所述第三三极管的基极连接。

优选地，所述电压钳位控制模块包括第四三极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第五电阻和一电容；

所述第二二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述第二二极管的阳极与所述第一稳压二极管的阴极连接；

所述第三二极管的阳极与所述第一三极管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第一稳压二极管的阴极连接，且经由所述电容接地，所述第五电阻与所述电容并联；

所述第四三极管的基极与所述第一稳压二极管的阳极连接，所述第四三极管的集电极与所述第二稳压二极管的阳极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第二稳压二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。

优选地，所述电压钳位控制模块还包括第三稳压二极管和第六电阻；

所述第三稳压二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第三稳压二极管的阳极接地；

所述第六电阻的一端与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第六电阻的另一端接地。

优选地，所述电压钳位控制模块还包括第七电阻；

所述第七电阻的一端与所述第三二极管的阴极连接，所述第七电阻的另一端经由所述电容接地。

本实用新型还提出一种变流装置，该变流装置包括负载，还包括IGBT过流保护电路，该IGBT过流保护电路与负载连接，包括绝缘栅双极型晶体管、用于根据接收到的PWM驱动信号控制所述绝缘栅双极型晶体管导通或截止的驱动控制模块，以及用于在过流时对所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压进行钳位的电压钳位控制模块；

所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述驱动控制模块连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的漏极与所述负载连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地。

本实用新型提出的IGBT过流保护电路，通过驱动控制模块根据接收到的PWM驱动信号控制绝缘栅双极型晶体管IGBT导通或截止，且在IGBT导通过程中出现过流情况时，通过电压钳位控制模块对IGBT的栅极电压进行钳位，以降低IGBT的栅极电压，增大IGBT的导通饱和压降，从而提高IGBT的过流能力，延长IGBT的过流承受时间，防止发生对IGBT误保护或IGBT误动作现象。

附图说明

图1为本实用新型IGBT过流保护电路较佳实施例的电路结构示意图。

本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提出一种IGBT过流保护电路。

参照图1，图1为本实用新型IGBT过流保护电路较佳实施例的电路结构示意图。

本实用新型较佳实施例中，IGBT过流保护电路与负载RL连接，IGBT过流保护电路包括绝缘栅双极型晶体管10、驱动控制模块20和电压钳位控制模块30；驱动控制模块20用于控制绝缘栅双极型晶体管10导通或截止，电压钳位控制模块30用于在过流时对绝缘栅双极型晶体管10的栅极电压进行钳位。

其中，绝缘栅双极型晶体管10的栅极与驱动控制模块20连接，且与电压钳位控制模块30连接，绝缘栅双极型晶体管10的漏极与负载RL连接，且与电压钳位控制模块30连接，绝缘栅双极型晶体管10的源极接地。

在本实施例中，驱动控制模块20接收输入的PWM驱动信号，并根据接收到的PWM驱动信号，控制绝缘栅双极型晶体管IGBT 10导通或截止，当该PWM驱动信号为高电平时，驱动控制模块20控制IGBT 10导通，当该PWM驱动信号为低电平时，驱动控制模块20控制IGBT 10截止。在IGBT 10导通过程中出现过流情况时，电压钳位控制模块30对IGBT 10的栅极电压进行钳位，将IGBT 10的栅极电压钳位在一预设的电压值，该预设的电压值小于IGBT 10原来的驱动电压，使得IGBT 10的栅极电压变小，导通饱和压降变大。

相对于现有技术，本实用新型提出的IGBT过流保护电路，在IGBT 10导通过程中出现过流情况时，通过电压钳位控制模块30对IGBT 10的栅极电压进行钳位，以降低IGBT 10的栅极电压，增大IGBT 10的导通饱和压降，从而提高IGBT 10的过流能力，延长IGBT 10的过流承受时间，防止发生对IGBT 10误保护或IGBT 10误动作现象。

如图1所示，驱动控制模块20包括工作电压输入端VCC、驱动控制信号输入端V_PWM、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2，在本实施例中，第一三极管Q1、第二三极管Q2均为NPN型三极管，第三三极管Q3且PNP型三极管，工作电压输入端VCC用于输入+15V的工作电压。

第一三极管Q1的基极与驱动控制信号输入端V_PWM连接，第一三极管Q1的集电极与工作电压输入端VCC连接，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极连接，且与第三三极管Q3的基极连接；第二三极管Q2的集电极与工作电压输入端VCC连接，第二三极管Q2的发射极经由第一电阻R1与绝缘栅双极型晶体管10的栅极连接，且经由第二电阻R2与第一二极管D1的阴极连接，第一二极管D1的阳极与绝缘栅双极型晶体管10的栅极连接；第三三极管Q3的发射极与第二三极管Q2的发射极连接，第三三极管Q3的集电极接地。

具体地，驱动控制模块20还包括第三电阻R3和第四电阻R4。

第三电阻R3的一端与驱动控制信号输入端V_PWM连接，第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4的一端与第一三极管Q1的发射极连接，第四电阻R4的另一端与第二三极管Q2的基极连接，且与第三三极管Q3的基极连接。

在本实施例中，第三电阻R3为第一三极管Q1的基极下拉电阻，用于防止由于干扰而使第一三极管Q1误导通。第四电阻R4为第二三极管Q2和第三三极管Q3的基极限流电阻，用于保护第二三极管Q2和第三三极管Q3，防止第二三极管Q2和第三三极管Q3由于被大电流冲击而损坏。

本实施例中，电压钳位控制模块30包括第四三极管Q4、第二二极管D2、第三二极管D3、第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2、第五电阻R5和电容C1，在本实施例中，第四三极管Q4为NPN型三极管，第五电阻R5和电容C1组成一充放电时间回路，使得在IGBT过流保护电路不工作的情况下，为电容C1提供放电回路，第三二极管D3能够防止尖峰干扰而损坏第一三极管Q1。

其中，第二二极管D2的阴极与绝缘栅双极型晶体管10的漏极连接，第二二极管D2的阳极与第一稳压二极管DZ1的阴极连接；第三二极管D3的阳极与第一三极管Q1的发射极连接，第三二极管D3的阴极与第一稳压二极管DZ1的阴极连接，且经由电容C1接地，第五电阻R5与电容C1并联；第四三极管Q4的基极与第一稳压二极管DZ1的阳极连接，第四三极管Q4的集电极与第二稳压二极管DZ2的阳极连接，第四三极管Q4的发射极接地，第二稳压二极管DZ2的阴极与绝缘栅双极型晶体管10的栅极连接。

具体地，电压钳位控制模块30还包括第三稳压二极管DZ3和第六电阻R6。

第三稳压二极管DZ3的阴极与绝缘栅双极型晶体管10的栅极连接，第三稳压二极管DZ3的阳极接地；第六电阻R6的一端与绝缘栅双极型晶体管10的栅极连接，第六电阻R6的另一端接地。

在本实施例中，第六电阻R6能够防止由于静电、尖峰干扰等引起的IGBT 10误动作；第三稳压二极管DZ3能够防止IGBT 10的栅极电压过高而造成永久性击穿。

具体地，电压钳位控制模块30还包括第七电阻R7；第七电阻R7的一端与第三二极管D3的阴极连接，第七电阻R7的另一端经由电容C1接地。

本实用新型IGBT过流保护电路的工作原理具体描述如下：

如图1所示，从驱动控制信号输入端V_PWM输入PWM驱动信号，以控制IGBT 10导通或者截止。当驱动控制信号输入端V_PWM输入的PWM驱动信号为高电平时，第一三极管Q1导通，由于从工作电压输入端VCC输入的+15V电压输入到第一三极管Q1的集电极，因此第一三极管Q1的发射极（即B点）为高电平，从而驱动第二三极管Q2导通，而使第三三极管Q3截止，使得第二三极管Q2的发射极（即D点）为高电平，且D点的电压为+15V，此时D点处的+15V电压通过第一电阻R1驱动IGBT 10导通，而且由于D点的电压为+15V，使得第一二极管D1截止，此时第二电阻R2、第一二极管D1支路相当于处于断开状态，IGBT 10的栅极电阻等于第一电阻R1的阻值，第一二极管D1截止后，IGBT 10的结电容C1通过第一电阻R1充电；当驱动控制信号输入端V_PWM输入的PWM驱动信号为低电平时，第一三极管Q1截止，B点为低电平，从而驱动第三三极管Q3导通，而使第二三极管Q2截止，从而D点为低电平，此时第一二极管D1导通，第一电阻R1和第二电阻R2并联，IGBT 10的栅极电阻为第一电阻R1和第二电阻R2并联后的等效电阻，相当于IGBT 10的栅极电阻的阻值减小，使得IGBT 10的结电容C1迅速通过第一电阻R1和第二电阻R2放电，从而IGBT 10的结电容C1放电时间变短，使得IGBT 10迅速截止。

在IGBT 10导通的过程中，当流过IGBT 10的电流在正常范围之内时，IGBT 10的漏极电压（即C点的电压）低，第二二极管D2导通，从而拉低了第一稳压二极管DZ1的阴极电压（即A点的电压），使得第一稳压二极管DZ1无法导通。从而在流过IGBT 10的电流在正常范围之内时，不会对IGBT 10进行过流保护，使得IGBT 10不会由于误动作而截止进入保护状态。

在IGBT 10导通的过程中，当流过IGBT 10的电流超过正常电流（如由于负载RL短路而导致的过流情况）时，IGBT 10的漏极（即C点）、源极两端的电压会升高，当C点的电压升高到一定值时，使得第二二极管D2截止，则B点处的电压通过第三二极管D3、第七电阻R7给电容C1充电，电容C1上的电压（即A点的电压）会按照指数规律持续升高，若A点的电压升高到能够使得第一稳压二极管DZ1导通，则第四三极管Q4处于导通状态，在本实用新型IGBT过流保护电路中，选用第一稳压二极管DZ1为10V的稳压二极管，即第一稳压二极管DZ1的击穿电压（稳压值）为10V，这样由于第一稳压二极管DZ1的钳位作用，使IGBT 10的栅极电压（即E点的电压）由+15V变为了+10V，即将IGBT 10的栅极电压钳位在+10V，IGBT 10的栅极电压稳定为+10V，从而有效地降低了IGBT 10的栅极电压，增大了IGBT 10的饱和压降，因此可以延长IGBT10的过流（或短路电流）承受时间，有效防止对IGBT 10误保护或者IGBT 10自身误动作。

本实用新型IGBT过流保护电路根据实际所需的IGBT 10的过流承受时间，适当的选择第一稳压二极管DZ1，只要第一稳压二极管DZ1的击穿电压小于从工作电压输入端输入的工作电压即可。

本实用新型还提出一种变流装置，该变流装置包括负载RL和IGBT过流保护电路，该IGBT过流保护电路的电路结构、工作原理以及所带来的有益效果均可参照上述实施例，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种IGBT过流保护电路，与负载连接，其特征在于，包括绝缘栅双极型晶体管、用于根据接收到的PWM驱动信号控制所述绝缘栅双极型晶体管导通或截止的驱动控制模块，以及用于在过流时对所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压进行钳位的电压钳位控制模块；

所述绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述驱动控制模块连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的漏极与所述负载连接，且与所述电压钳位控制模块连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地。

2.如权利要求1所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述驱动控制模块包括工作电压输入端、驱动控制信号输入端、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一二极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一三极管的基极与所述驱动控制信号输入端连接，所述第一三极管的集电极与所述工作电压输入端连接，所述第一三极管的发射极与所述第二三极管的基极连接，且与所述第三三极管的基极连接；

所述第二三极管的集电极与所述工作电压输入端连接，所述第二三极管的发射极经由所述第一电阻与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，且经由所述第二电阻与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接；

所述第三三极管的发射极与所述第二三极管的发射极连接，所述第三三极管的集电极接地。

3.如权利要求2所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述驱动控制模块还包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的一端与所述驱动控制信号输入端连接，所述第三电阻的另一端接地；

所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，且与所述第三三极管的基极连接。

4.如权利要求2或3所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述电压钳位控制模块包括第四三极管、第二二极管、第三二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第五电阻和一电容；

所述第二二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述第二二极管的阳极与所述第一稳压二极管的阴极连接；

所述第三二极管的阳极与所述第一三极管的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第一稳压二极管的阴极连接，且经由所述电容接地，所述第五电阻与所述电容并联；

所述第四三极管的基极与所述第一稳压二极管的阳极连接，所述第四三极管的集电极与所述第二稳压二极管的阳极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第二稳压二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。

5.如权利要求4所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述电压钳位控制模块还包括第三稳压二极管和第六电阻；

所述第三稳压二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第三稳压二极管的阳极接地；

所述第六电阻的一端与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第六电阻的另一端接地。

6.如权利要求5所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述电压钳位控制模块还包括第七电阻；

所述第七电阻的一端与所述第三二极管的阴极连接，所述第七电阻的另一端经由所述电容接地。

7.一种变流装置，包括负载，其特征在于，还包括权利要求1至6中任意一项所述的IGBT过流保护电路。

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