CN204013448U - 一种igbt驱动保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种IGBT驱动保护电路，包括光纤收发单元、信号处理电路、检测与短路保护电路、欠压保护电路和信号控制电路。本实用提供的IGBT驱动保护电路，其性能可靠、保护功能强，同时具备短路保护和驱动电源欠压保护的功能，其结构设计简单，具有低成本、高可靠性、易维护的特点，适合广泛应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及IGBT驱动技术领域，特别涉及一种IGBT驱动保护电路。
背景技术
IGBT是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，作为电力电子重要大功率主流器件之一，IGBT已经广泛应用在变频器的逆变电路中，在家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域已大量使用。
IGBT驱动是IGBT应用过程中的关键技术，驱动电路的输出特性和保护功能是IGBT安全、高效工作的先决条件。IGBT在应用中要解决的主要问题就是如何在过流、短路和过压的情况下对IGBT实行比较完善的保护。目前在大功率变频装置IGBT驱动方面其保护功能不齐全，缺乏短路保护和欠压保护功能，对IGBT模块不能进行有效的保护。
目前市场上已有的保护功能齐全的IGBT驱动器，例如日本MITSUBISHI公司的M579XX系列、德国INFINEON公司的2ED300C17-ST等，其驱动能力也很强，但其需要器件数量多、体积较大、结构复杂、价格昂贵，且容易受到产品供货方面的影响。
目前已公开的技术文献中，其保护功能不齐全，保护功能相对齐全的IGBT涉及电路其结构设计复杂，所需元件多，造成维护困难，生产复杂、成本高。
针对以上问题，本实用新型旨在涉及一种IGBT驱动保护电路，其结构设计简单、性能可靠，驱动输入信号与保护输出信号用光纤传输，同时具备IGBT短路保护和驱动电源欠压保护功能，本实用新型提供的IGBT驱动保护电路具有低成本、高可靠性、易维护的特点，适合广泛应用。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型要解决的问题是提供一种保护功能强，同时结构设计简单、生产成本低、性能可靠的IGBT驱动保护电路。
为了解决上述问题，本实用新型提出的一种IGBT驱动保护电路包括光纤收发单元、信号处理电路、检测与短路保护电路、欠压保护电路和信号控制电路；
所述光纤收发单元连接所述信号处理电路，所述信号处理电路连接所述光纤收发单元和所述信号控制电路；
所述检测与短路保护电路连接所述信号处理电路，包括比较器U5、三极管Q1、三极管Q2、二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R4、电阻R6、电阻R11、电阻R12，所述电阻R12一端连接IGBT模块的C极，另一端连接比较器U5反向输入端，所述比较器U5反向输入端连接三极管Q2集电极、电容C1、电阻R11和电阻R12，所述比较器U5输出端连接二极管D2和二极管D3的负极，所述二极管D3的正极连接三极管Q1基极，所述电阻R11一端连接比较器U5反向输入端和电阻R12，另一端连接电容C1和三极管Q2发射极，所述电阻R6一端连接二极管D2正极另一端连接电阻R4；
所述欠压保护电路包括比较器U6、电压基准芯片U8、二极管D4、电阻R22和电阻R24，所述电阻R22一端连接电源另一端连接比较器U6同向输入端和电阻R24，所述比较器U6反向输入端连接电压基准芯片U8的阳极，所述电阻R24一端连接电阻R22和比较器U6同向输入端，另一端连接电压基准芯片U8的阴极，所述二极管D4负极连接比较器U6输出端，二极管D4正极连接所述三极管Q1基极；
所述信号控制电路连接所述信号处理电路和IGBT模块，用来完成对IGBT模块的控制。
本实用新型所述信号处理电路采用芯片为IR4427。
本实用新型所述检测与短路保护电路还包括三极管Q3、二极管D6、电阻R9和电阻R10，用于实现IGBT模块的软关断，所述三极管Q3基极连接二极管D6正极，二极管D6负极经电阻R9后连接到所述比较器U5输出端，电阻R10连接三极管Q3基极和发射极。
本实用新型所述信号控制电路采用双MOS晶体管为IRF7343。
附图说明
以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中：
图1是本实用新型的IGBT驱动保护电路结构示意图
图2是本实用新型的IGBT驱动保护电路电路图
具体实施例
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型提出了一种IGBT驱动保护电路，如图1为本实用新型结构示意图，包括光纤收发单元、信号处理电路、检测与短路保护电路、欠压保护电路和信号控制电路。所述光纤收发单元连接所述信号处理电路，所述信号处理电路连接所述光纤收发单元和所述信号控制电路，所述信号控制电路连接所述信号处理电路和IGBT模块，所述检测与短路保护电路连接IGBT模块和所述信号处理电路，所述欠压保护电路连接IGBT模块和所述信号处理电路。
图2是本实用新型的IGBT驱动保护电路具体实施例的电路图。
光纤收发单元包括接收光纤头PC1和发射光纤头PC2。
信号处理电路采用驱动芯片为IR4427，包括型号为CD4093的与非门施密特触发器U1、U2、U3和U4，供电方式为14脚接+15V,7脚接参考地E。
型号为LM393的两单元比较器U5和U6，供电方式为8脚接+15V，4脚接-15V。
检测与短路保护电路包括比较器U5、三极管Q1、三极管Q2、二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R4、电阻R6、电阻R11、电阻R12，比较器U5型号为LM393。电阻R12一端连接IGBT模块另一端连接比较器U5反向输入端，比较器U5反向输入端连接三极管Q2集电极、电容C1、电阻R11和电阻R12，比较器U5输出端连接二极管D2和二极管D3的负极，二极管D3的正极连接三极管Q1基极，电阻R11一端连接比较器U5反向输入端和电阻R12，另一端连接电容C1和三极管Q2发射极，电阻R6一端连接二极管D2正极另一端连接电阻R4。检测与短路保护电路还包括三极管Q3、二极管D6、电阻R9和电阻R10，用于实现IGBT的软关断。
欠压保护电路包括比较器U6、电压基准芯片U8、二极管D4、电阻R22和电阻R24，比较器U6型号为LM393，电压基准芯片U8型号为AZ431。电阻R22一端连接电源另一端连接比较器U6同向输入端和电阻R24，比较器U6反向输入端连接电压基准芯片U8的阳极，电阻R24一端连接电阻R22和比较器U6同向输入端，另一端连接电压基准芯片U8的阴极，二极管D4负极连接比较器U6输出端，二极管D4正极连接所述三极管Q1基极；
信号控制电路采用双MOS晶体管为IRF7343，用于完成对IGBT模块的开关控制。
本实用新型提供的IGBT驱动保护电路工作原理如下：
1)初次上电原理。驱动信号接收光纤头PC1的电源由+15V电源经5.1V稳压管Z1稳压获取后提供，电阻R5和电容C4提供上电时的时序控制，保证上电时驱动信号为低电平；
2)电路正常关断原理。当接收光纤头PC1在没有接收到驱动信号时，其输出端1脚为开路状态，经过R2形成+15V高电平作为触发器U1的输入信号，经逻辑变换后触发器U2、U3、U4的4、10、11脚均为高电平+15V输出，经驱动器U7和互补双晶体管Q4处理，驱动输出为-15V，IGBT模块关断。同时Q2导通，比较器U5的反相输入端子6脚为低电平，在比较器U5的同相输入端子5脚由+15V电源经R13和R14分压得到一个IGBT的饱和检测参考电压Vce。在电源电压和IGBT模块正常工作的情况下，比较器U5的两路输出均为开路状态，Q1维持导通，保护信号光纤PC2保持发光状态。
3)IGBT模块导通时Vce的检测与保护原理。当接收到驱动信号时，接收光纤头PC1的输出端为低电平，触发器U1的输入信号跳变为低电平，经过逻辑变换，触发器U2、U3、U4的4、10、11脚均为低电平，经驱动器U7和互补双晶体管Q4处理，驱动输出为+15V，保证IGBT的开通。同时Q2关断，IGBT模块导通后的Vce电压经R12和R11分压对C1充电，C1上的电压作为比较器U5的6脚输入电压与5脚的参考电压对比，如果逆变器出现负载短路或桥臂直通，IGBT的Vce电压将会在开通后迅速退出饱和，C1上的电压将持续增大到超过参考电压，此时比较器U5的7脚翻转为-15V，经R4和R6分压，触发器U3的8脚跳变为低电平，10脚变为高电平，经U7使Q4内双晶体管关断，与此同时D6和Q3导通，IGBT的门极正向电压经Q3放电而实现IGBT的软关断。同时D3导通，R2和R7、C3形成充电回路，使PC1的1脚维持一定时间的低电平，保证IGBT软关断的连续性，另外D3的导通使Q1关断，发射光纤头PC2熄灭，输出故障信号。
4)电源的欠压保护原理。由电压基准芯片U8提供2.5V的基准电压到比较器U6的2脚，作为+15V电源的欠压保护门坎。+15V电源经R22和R24分压到比较器U6的同相输入端3脚，正常情况下比较器U6的3脚电压为3V，1脚维持为开路状态；当电源电压低于12.5V时，比较器U6的3脚电压低于2脚电压，1脚跳变为-15V，从而使D4导通，Q1关断，发射光纤头PC2熄灭，输出故障信号。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种IGBT驱动保护电路，其特征在于，包括光纤收发单元、信号处理电路、检测与短路保护电路、欠压保护电路和信号控制电路；
所述光纤收发单元连接所述信号处理电路，所述信号处理电路连接所述光纤收发单元和所述信号控制电路；
所述检测与短路保护电路连接所述信号处理电路，包括比较器U5、三极管Q1、三极管Q2、二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R4、电阻R6、电阻R11、电阻R12，所述电阻R12一端连接IGBT模块的C极，另一端连接比较器U5反向输入端，所述比较器U5反向输入端连接三极管Q2集电极、电容C1、电阻R11和电阻R12，所述比较器U5输出端连接二极管D2和二极管D3的负极，所述二极管D3的正极连接三极管Q1基极，所述电阻R11一端连接比较器U5反向输入端和电阻R12，另一端连接电容C1和三极管Q2发射极，所述电阻R6一端连接二极管D2正极另一端连接电阻R4；
所述欠压保护电路包括比较器U6、电压基准芯片U8、二极管D4、电阻R22和电阻R24，所述电阻R22一端连接电源另一端连接比较器U6同向输入端和电阻R24，所述比较器U6反向输入端连接电压基准芯片U8的阳极，所述电阻R24一端连接电阻R22和比较器U6同向输入端，另一端连接电压基准芯片U8的阴极，所述二极管D4负极连接比较器U6输出端，二极管D4正极连接所述三极管Q1基极；
所述信号控制电路连接所述信号处理电路和IGBT模块，用来完成对IGBT模块的控制。
2.如权利要求1所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述信号处理电路采用芯片为IR4427。
3.如权利要求1所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述检测与短路保护电路还包括三极管Q3、二极管D6、电阻R9和电阻R10，用于实现IGBT模块的软关断，所述三极管Q3基极连接二极管D6正极，二极管D6负极经电阻R9后连接到所述比较器U5输出端，电阻R10连接三极管Q3基极和发射极。
4.如权利要求1所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述信号控制电路采用双MOS晶体管为IRF7343。
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| CN104539275A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-22 | 北京京仪椿树整流器有限责任公司 | 一种igbt驱动短路保护阈值设置方法 |
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