CN206412994U - 一种全过程检测igbt状态的触发电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种全过程检测IGBT状态的触发电路，通过电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，以形成IGBT状态的检测触发电路，利用IGBT压降信号完成IGBT状态检测，即在无触发信号时，必须检测到IGBT的压降大于某一值才认为正常，在有触发信号时检测到的IGBT压降必须小于某一值才会认为正常，排除上述2种状态，如无触发信号时检测C、E极压降小，有触发信号时检测到C、E极压降较大，都会认为是故障状态，输出故障信号并封锁触发信号，防止故障范围进一步扩大，以提高其检测安全性能。

Description

一种全过程检测IGBT状态的触发电路

技术领域

本实用新型涉及IGBT状态检测技术领域，更具体地，涉及一种全过程检测IGBT状态的触发电路。

背景技术

IGBT作为一种全控的电力电子器件，目前在整流、逆变、斩波等场合已经大量使用，使用中无一例外均作为电子开关使用，即IGBT工作在开关状态。其集电极C和发射极E的电压与触发电压高低及集电极电流有关，若触发电压正常，在正常的工作电流下，C与E极电压不会太高，但是当有短路等情况出现时，瞬时的大电流在2us内就可以让C和E极电压大大增加，此时必须马上切断触发信号，否则IGBT将很快损坏，所以为保护IGBT，触发电路一般都设计了检测IGBT的C、E极电压的电路，能在IGBT导通时同时检测IGBT是否存在异常大电流，若检测到过高C、E极电压，立即封锁触发脉冲，同时输出故障信号让控制部分动作。

目前，主流的IGBT驱动电路，包括EXB840、M57962等经典的驱动电路，都检测C、E极电压，但几乎都只在给IGBT触发脉冲时才利用此检测电压，要求的结果是在给出触发信号后极短的时间内必须检测到C、E极电压在一定的范围内，一般不大于10V，否则认为是故障状态，而在未给IGBT触发信号时，此信号并不被使用。若IGBT的主回路C、E极已经击穿短路，那么触发电路的检测部分将检测到的一直是很小的C、E电压，反而不会认为是故障状态，变频器的逆变部分每一相分上下臂的IGBT，若上臂的IGBT损坏短路了，在再次启动工作时上臂的触发检测电路监测不到IGBT 异常，但是下臂的IGBT 导通时将会将上下臂直通，会产生很大的短路电流，此时下臂的触发电路检测部分会检测到异常变大的C、E极电压，会封锁触发信号并输出报警信号。这种工况下输出报警实际上是靠相关联非故障的那一路检测来的，而制动单元，主回路只有一个IGBT，不存在逆变桥那样的上下臂IGBT，在IGBT短路后检测电路根本无从知晓，直到上电损坏其他部件等状况下才会发现变频器发生异常，而此时故障范围已经扩大了。

实用新型内容

本实用新型提供一种检测准确性和安全性高的全过程检测IGBT状态的触发电路，以解决现有IGBT驱动电路检测准确性不高及很容易导致其它元器件烧毁的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种全过程检测IGBT状态的触发电路，包括：电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，电源通过整流滤波电路与IGBT压降检测电路电性相连，并将IGBT压降检测电路的输出端分别与触发电路和IGBT状态采集电路电性相连，IGBT状态采集电路的输出端通过判断整形电路顺序与故障锁定电路和故障输出电路电性相连；触发信号采集电路的输入端与触发电路相连，并将触发信号采集电路的输出端电性连接至故障输出电路的输入端相连，且故障输出电路的输出端通过一个脉冲挂锁与触发电路的输入端相连。

在上述方案的基础上优选，触发信号采集电路与故障输出电路之间还设有用于防止误报警功能的滤波电路，滤波电路的输入端分别与触发信号采集电路的输出端和判断整形电路的输出端相连。

在上述方案的基础上优选，滤波电路与故障输出电路之间还连接有一故障复位电路。

在上述方案的基础上优选，IGBT压降检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管，第一电阻与第二电阻通过一个二极管相连以形成第一支路，第一支路分别整流滤波电路的输出端相连，第三电阻通过第二光电耦合器与第一三极管的集电极相连，第一三极管的基极与第二电阻和二极管的连接点相连，第一三极管的发射极连接至整流滤波电路的输出端。

在上述方案的基础上优选，触发电路包括第二二极管、第一光耦合器、第四电阻及两个串联的第二三极管和第三三极管，第二三极管的集电极与IGBT压降检测电路的输出端连接，并将第二三极管的发射极与第三三级管的集电极相连，第三三极管的发射端与IGBT检测电路的输出端连接，第一光耦合器的控制端与第二、三三极管的基极相连，且脉冲封锁通过第二二极管与第一光耦合器相连。

在上述方案的基础上优选，判断整形电路包括一个异或门、与异或门连接的反相器，且异或门的输入端分别与IGBT采集电路的输出端和触发信号采集电路的输出端相连，并使反相器的输出端与故障锁定电路相连。

在上述方案的基础上优选，故障锁定电路包括两个串联的第二三反相器、及并联在两个串联的第二反相器两端的第四电阻和第三二极管，第二反相器与第三二极管串联，且第三二极管的输入端与故障输出电路相连。

本实用新型提出一种全过程检测IGBT状态的触发电路，通过电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，以形成IGBT状态的检测触发电路，利用IGBT压降信号完成IGBT状态检测，即在无触发信号时，必须检测到IGBT的压降大于某一值才认为正常，在有触发信号时检测到的IGBT压降必须小于某一值才会认为正常，排除上述2种状态，如无触发信号时检测C、E极压降小，有触发信号时检测到C、E极压降较大，都会认为是故障状态，输出故障信号并封锁触发信号，防止故障范围进一步扩大，以提高其检测安全性能。

附图说明

图1为本实用新型的一种全过程检测IGBT状态的触发电路的局部电路结构图；

图2为本实用新型的一种全过程检测IGBT状态的触发电路的另一局部电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

请参阅图1，一种全过程检测IGBT状态的触发电路，包括：电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，电源通过整流滤波电路与IGBT压降检测电路电性相连，并将IGBT压降检测电路的输出端分别与触发电路和IGBT状态采集电路电性相连，IGBT状态采集电路的输出端通过判断整形电路顺序与故障锁定电路和故障输出电路电性相连；触发信号采集电路的输入端与触发电路相连，并将触发信号采集电路的输出端电性连接至故障输出电路的输入端相连，且故障输出电路的输出端通过一个脉冲挂锁与触发电路的输入端相连。

以下将进一步详细介绍本实用新型各个电路的详细结构示意图，请参阅图1并结合图2所示。

整流滤波电路用于将单电源转换为正负电源，其包括第五电阻R1、稳压管DZ1、四个电容C1/C2/C3/C4，电容C1与电容C2串联、电容C3和电容C4串联，然后串联后的支路并联，并将电容C1和电容C2之间的节点与电容C3和电容C4的节点相连，其中，稳压管DZ1的输入端与电源相连，其输出端分别与电容C1和电容C3的输入端相连，并在电容C1和电容C2之间的节点与电容C3和电容C4的节点都与外部IGBT模块的E极相连。工作时，开关变压器T1提供工作电源，经过二极管D1整流，经过电容C1-C4滤波，得到22v直流电，第五电阻R1与稳压管DZ1串联，并连接至IGBT的E极，将22v电压变成触发IGBT导通的+15.4v电压和可靠关断IGBT的-5.6v电压

IGBT压降检测电路包括第一电阻R2、第二电阻、第三电阻、第一三极管，第一电阻与第二电阻通过一个二极管相连以形成第一支路，第一支路分别整流滤波电路的输出端相连，第三电阻通过第二光电耦合器与第一三极管的集电极相连，第一三极管的基极与第二电阻和二极管的连接点相连，第一三极管的发射极连接至整流滤波电路的输出端。

触发电路包括第二二极管、第一光耦合器、第四电阻及两个串联的第二三极管和第三三极管，第二三极管的集电极与IGBT压降检测电路的输出端连接，并将第二三极管的发射极与第三三级管的集电极相连，第三三极管的发射端与IGBT检测电路的输出端连接，第一光耦合器的控制端与第二、三三极管的基极相连，且脉冲封锁通过第二二极管与第一光耦合器相连。

IGBT状态采集电路通过第二光耦合器与触发电路相连，且其包括与第二光耦合器一端连接的第六电阻R10，第六电阻R10一端与+5v电压相连，其另一端与第二光耦合器的引脚相连，将第二光耦合器的另一端接地，且第六电阻R10与第二光耦合器连接的处与判断整形电路相连。

判断整形电路包括包括一个异或门X1、与异或门X1连接的反相器，且异或门的输入端分别与IGBT采集电路的输出端和触发信号采集电路的输出端相连，并使反相器的输出端与故障锁定电路相连，其中，触发信号采集电路包括与第二二极管连接的第三光耦合器、第七电阻R11，第七电阻的一端与+5v电源相连，其另一端分别与第三光耦合器和滤波电路分别连接，并将第三耦合器的一引脚接地。

触发信号采集电路与故障输出电路之间还设有用于防止误报警功能的滤波电路，滤波电路的输入端分别与触发信号采集电路的输出端和判断整形电路的输出端相连，其中，滤波电路包括与第七电阻R11连接的第八电阻R12、第五电容和第六电容，第五电容一端与第八电阻12连接，其另一端接地，而第六电容一端接地，其另一端连接反相器N1输出端和+5V电源，并在+5V电源与第六电容之间连接有一二极管D1。

其中，第八电阻R12和第四电容C11作用是将检测信号延迟1到2us，因为外部IGBT模块接受触发信号时到完全导通会有一个时间延迟，那么第二光耦合器PC2来的外部IGBT模块的状态反馈信号也会有一定的延迟，所以为防止误触发报警利用第八电阻R12和第四电容C11将触发信号在检测电路里进行延迟处理。图2种第八电阻R12和第四电容C11可以将极短的高电平信号进行滤除，进一步达到防止报警误触发。

进一步的，在上述技术方案基础上，本发明的滤波电路与故障输出电路之间还连接有一故障复位电路，该故障锁定电路包括两个串联的第二三反相器、及并联在两个串联的第二反相器两端的第四电阻和第三二极管，第二反相器与第三二极管串联，且第三二极管的输入端与故障输出电路相连。

为了便于理解本实用新型的技术方案，以下将详细介绍各个状态，本实用新型运行方式。

1．待机状态时，第一光耦合器PC1和第二光耦合器PC3获取初级无信号，第一光耦合器PC1输出低电平，第一三极管T3导通，外部IGBT模块的G极相对E极约为负5V，为可靠关断状态。此时，外部IGBT模块 的C与E为关断状态，图1中触发部分的电压经过第一电阻R2、二极管DZ2、第一三极管T1的b极，使第一三极管T1导通，第二光耦合器PC2初级有电流信号，其次级导通，由于第三光耦合器PC3初级无信号，次级开路，图2中B点为高电平，第二光耦合器PC2导通，图2中A点为低电平，异或门XI输出为高电平，没有故障和报警信号。

2．正常工作触发时，第一光耦器PC1和第三光耦合器PC3初级有触发信号，第一光耦合器PC1次级输出高电平，第二三极管T2导通，外部IGBT模块的G极相对E极约为正15V电压，为可靠触发状态。此时外部IGBT模块的C和E极之间压降较小，一般为6V以下，相对图中第一三极管T1的发射级来说，IGBT的C极电压为6+5.6=11.6V，由于二极管D8和电阻R8的存在，强行将二极管DZ2的上端阴极箝位在13V以内，DZ2不会被击穿，T1不能导通，第二光耦合器PC2初级无电流信号，其第二光耦合器的次级PC2B开路；由于第三光耦合器PC3初级有信号，故其次级导通，图2中B点为低电平，第二光耦合器PC2不导通，图2中A点为高电平，异或门XI输出为高电平，没有故障和报警信号。

3．当外部IGBT模块在触发导通后碰到短路或严重过载等超过其保护极限电流的时候，外部IGBT模块的C与E极之间的电压大于10V，此时外部IGBT模块C极相对第一三极管T1的发射级电压为10+5.6=15.6V，即使经过二极管D8箝位，DZ2两端的电压仍然会大于15V的击穿电压，导致第一三极管T1导通，第二光耦合器PC2初级有电流信号，第二光耦合器PC2次级PC2B导通，由于第三光耦合器PC3初级有信号，故其次级导通，图2中B点为低电平，第二光耦合器PC2也导通，图2中A点为低电平，异或门XI输出为低电平，有故障和报警信号，同时故障状态自锁，将触发信号强行关闭，防止故障进一步扩大。

4．外部IGBT模块损坏C和E极已经击穿短路，无论是否有触发信号，第一三极管TI始终不会导通，第二光电耦合器PC2初级无电流信号，其次级开路，待机状态下第三光电耦合器PC3初级无信号，次级开路，图2中B点为高电平，但第一三极管TI始终不会导通，第二光电耦合器PC2初级无电流信号，其次级开路。图2中A点为高电平，所以会报警。

5．外部IGBT模块损坏C与E极完全开路，无论是否有触发信号，第一三极管T1将始终导通，第二光电耦合器PC2次级导通。图2中A点始终为低电平，当有触发信号，PC3导通时，图2中B点会变成低电平，八上会输出故障信号并自锁状态。

本实用新型提出一种全过程检测IGBT状态的触发电路，通过电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，以形成IGBT状态的检测触发电路，利用IGBT压降信号完成IGBT状态检测，即在无触发信号时，必须检测到IGBT的压降大于某一值才认为正常，在有触发信号时检测到的IGBT压降必须小于某一值才会认为正常，排除上述2种状态，如无触发信号时检测C、E极压降小，有触发信号时检测到C、E极压降较大，都会认为是故障状态，输出故障信号并封锁触发信号，防止故障范围进一步扩大，以提高其检测安全性能。

最后，本实用新型的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，包括：电源、整流滤波电路、IGBT压降检测电路、触发电路、IGBT状态采集电路、触发信号采集电路、判断整形电路、故障锁定电路和故障输出电路，电源通过整流滤波电路与IGBT压降检测电路电性相连，并将IGBT压降检测电路的输出端分别与触发电路和IGBT状态采集电路电性相连，IGBT状态采集电路的输出端通过判断整形电路顺序与故障锁定电路和故障输出电路电性相连；触发信号采集电路的输入端与触发电路相连，并将触发信号采集电路的输出端电性连接至故障输出电路的输入端相连，且故障输出电路的输出端通过一个脉冲挂锁与触发电路的输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，触发信号采集电路与故障输出电路之间还设有用于防止误报警功能的滤波电路，滤波电路的输入端分别与触发信号采集电路的输出端和判断整形电路的输出端相连。

3.如权利要求2所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，滤波电路与故障输出电路之间还连接有一故障复位电路。

4.如权利要求1所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，IGBT压降检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管，第一电阻与第二电阻通过一个二极管相连以形成第一支路，第一支路分别整流滤波电路的输出端相连，第三电阻通过第二光电耦合器与第一三极管的集电极相连，第一三极管的基极与第二电阻和二极管的连接点相连，第一三极管的发射极连接至整流滤波电路的输出端。

5.如权利要求1所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，触发电路包括第二二极管、第一光耦合器、第四电阻及两个串联的第二三极管和第三三极管，第二三极管的集电极与IGBT压降检测电路的输出端连接，并将第二三极管的发射极与第三三级管的集电极相连，第三三极管的发射端与IGBT检测电路的输出端连接，第一光耦合器的控制端与第二、三三极管的基极相连，且脉冲封锁通过第二二极管与第一光耦合器相连。

6.如权利要求1所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，判断整形电路包括一个异或门、与异或门连接的反相器，且异或门的输入端分别与IGBT采集电路的输出端和触发信号采集电路的输出端相连，并使反相器的输出端与故障锁定电路相连。

7.如权利要求6所述的一种全过程检测IGBT状态的触发电路，其特征在于，故障锁定电路包括两个串联的第二、三反相器、及并联在两个串联的第二反相器两端的第四电阻和第三二极管，第二反相器与第三二极管串联，且第三二极管的输入端与故障输出电路相连。