CN207926171U - 一种并联功率开关的过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种并联功率开关的过流保护电路，用于对并联的多个功率开关进行过流保护，所述过流保护电路包括分别与所述功率开关一一对应的多个过流保护开关单元，且所述多个过流保护开关单元并联连接；每一所述过流保护开关单元与相应的一个功率开关串接，且每一所述过流保护开关单元的过流反馈端共接于驱动单元的过流检测端并在与其串接的所述功率开关过流时，将驱动所述功率开关的电流切换至过流反馈端输出以反馈过流信号至所述驱动单元。本实用新型可以获取到任一功率开关的过流信号，所以任意一个功率开关过流都可以触发过流保护的功能，提高了触发过流保护的准确性和可靠性。

Description

一种并联功率开关的过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种并联功率开关的过流保护电路。

背景技术

随着电动汽车的推广，对大功率电机控制器的需求在逐渐增加。在功率为数千瓦及以上的控制器中，常常使用高电压、大电流的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)/MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管)作为逆变的开关器件。在IGBT/MOSFET的输出电流过大时(例如负载短路、相间短路和桥臂直通等情况)，需要对其进行过流保护(以下为了方便，用IGBT作说明)。

如图1，在IGBT导通时，IGBT的集电极和发射极之间的电压，随着流过的电流加大而增加，目前主要利用这一特性对IGBT进行过流保护，并且该过流保护只有在IGBT处于导通状态时才会触发。

如图2，VO为驱动芯片的输出脚，DESAT为过流保护输入脚。当DESAT上的电压达到过流保护阈值(假设为7V)后，将触发过流保护。IGBT正常工作时，导通IGBT的电流从开关管Q2流入，部分经过电阻R3并驱动IGBT Q1导通。由于IGBT Q1的集电极与发射极间电压Vce低于阈值7V，二极管D1处于正向导通状态，部分电流经过电阻R2、二极管D1和IGBT Q1，回到驱动电源的负极。

如图3，假如流过IGBT Q1的电流超过保护值，IGBT Q1的集电极与发射极间电压Vce将达到7V或者超过7V，此时，二极管D1反向截止。驱动电流从开关管Q2流入，部分经过电阻R3，驱动IGBT Q1导通，部分经过电阻R2和电阻R1，使电容C1上的电压超过7V，驱动芯片检测到DESAT脚的电压超过7V，判断为过流。

由于在控制器设计时，常常会使用到多个IGBT并联使用的情况，以2个IGBT并联为例，如图4所示，电感L1为IGBT Q1、Q4集电极之间连线的寄生电感，假设IGBT Q4处于过流，而IGBT Q1正常工作，此时，由于IGBT Q1的导通，仍能保证二极管D1处于正向导通，由于IGBT承受过流的能力一般较弱，在微秒级，这会导致IGBT Q4的过流状态没有及时被识别出来，从而可能导致IGBT Q1损坏。

可见，常用的IGBT驱动，只能保护使用单一IGBT作为开关管的情况。对于多个IGBT并联的运用，过流保护电路存在缺陷，对于任意一个IGBT过流的情况，存在不能触发过流保护的情况。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在多个开关并联时，对于任意一个开关过流的情况，存在不能触发过流保护的缺陷，提供一种并联功率开关的过流保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种并联功率开关的过流保护电路，用于对并联的多个功率开关进行过流保护，所述过流保护电路包括分别与所述功率开关一一对应的多个过流保护开关单元，且所述多个过流保护开关单元并联连接；每一所述过流保护开关单元与相应的一个功率开关串接，且每一所述过流保护开关单元的过流反馈端共接于驱动单元的过流检测端并在与其串接的所述功率开关过流时，将驱动所述功率开关的电流切换至过流反馈端输出以反馈过流信号至所述驱动单元。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，每一所述过流保护开关单元包括：

开关电路，串接于供电端和相应的一个所述功率开关之间，并在所述功率开关未过流时导通，以及在所述功率开关过流时关断；

单向电路，连接于所述过流反馈端和供电端之间，用于防止外部电流从过流反馈端倒灌进入所述开关电路和所述功率开关。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述开关电路包括第一二极管，所述单向电路包括第二二极管。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，每一所述过流保护开关单元还包括：

限流电路，连通所述供电端和所述单向电路以及所述供电端和所述开关电路，用于对所述供电端输出的电流进行限制。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述开关电路包括第一二极管，所述单向电路包括第二二极管，所述限流电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述过流保护开关单元的所述供电端，所述第一二极管和第二二极管的正极均连接所述第一电阻的第二端，所述第一二极管的负极连接所述功率开关的输入端，所述功率开关的输出端接地，所述第二二极管的负极为所述过流保护开关单元的所述过流反馈端。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述供电端与一个固定的外部电源连接。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述供电端与任意电路中的提供稳定电压的位置连接。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述供电端与对应功率开关的控制端连接。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述功率开关为IGBT或者MOSFET。

在本实用新型所述的并联功率开关的过流保护电路中，所述过流保护电路还包括第二电阻和电容，所述第二电阻连接于所述过流反馈端和所述过流检测端之间，所述电容连接于所述过流检测端和地之间。

实施本实用新型的并联功率开关的过流保护电路，具有以下有益效果：本实用新型中每个功率开关配置一个过流保护开关单元，任一功率开关过流时，与其串接的过流保护开关单元会将原来输入到功率开关的电流切换至过流反馈端输出，所以驱动单元的过流检测端可以获取到任一功率开关的过流信号，所以任意一个功率开关过流都可以触发过流保护的功能，提高了触发过流保护的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是IGBT的集电极与发射极间电压V_CE与流过电流Ic的关系曲线；

图2是现有技术中IGBT正常工作时驱动电流流向图；

图3是现有技术中IGBT过流时驱动电流流向图；

图4是现有技术中多个IGBT并联过流时驱动电流流向图；

图5是本实用新型的过流保护电路的结构框图；

图6是本实用新型的过流保护电路的实施例一的电路图；

图7是本实用新型的过流保护电路的实施例二的电路图；

图8是本实用新型的过流保护电路的实施例三的电路图；

图9是本实用新型的过流保护电路的实施例四的电路图；

图10是本实用新型的过流保护电路的实施例五的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本实用新型总的思路是：构造一种并联功率开关的过流保护电路，用于对并联的多个功率开关200进行过流保护，多个功率开关200的控制端并联后连接于驱动单元300的驱动端VO。参考图1，所述过流保护电路包括分别与所述功率开关200一一对应的多个过流保护开关单元100，且所述多个过流保护开关单元100并联连接，每一所述过流保护开关单元100与相应的一个功率开关200串接，且每一所述过流保护开关单元100的过流反馈端共接于驱动单元300的过流检测端DESAT，并在与其串接的所述功率开关200过流时，将驱动所述功率开关200的电流切换至过流反馈端输出以反馈过流信号至所述驱动单元300。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图6，实施例一中，每一所述过流保护开关单元包括：限流电路101、单向电路102和开关电路103，可以理解的是，限流电路101也可以省略。

具体的，限流电路101的输入端连接整个过流保护开关单元100的供电端，单向电路102连接于限流电路101的输出端和所述过流反馈端之间，开关电路103的输入端与限流电路101的输出端连接，开关电路103的输出端经由相应的一个所述功率开关200接地。

其中，开关电路103，用于在所述功率开关200未过流时导通，以及在所述功率开关200过流时关断。单向电路102，用于防止外部电流从过流反馈端倒灌进入开关电路103和功率开关200。限流电路101用于对供电端输出的电流进行限制，在开关电路103关断时，限流电路101原来输入开关电路103的电流会输入单向电路102。

需要说明的是，所述供电端只需提供稳定的电压即可，因此供电端既可以与一个固定的外部电源连接，也可以与任意电路中的提供稳定电压的位置连接。

参考图7，实施例二中，每个开关电路103包括第一二极管D1/D3，所述单向电路102包括第二二极管D2/D4，所述限流电路101包括第一电阻R2/R6，功率开关200具体为IGBTQ1/Q4，驱动单元300采用的驱动芯片。所述过流保护电路100还包括第二电阻R1和第一电容C1，所述第二电阻R1连接于所述过流反馈端和所述过流检测端DESAT之间，所述第一电容C1连接于所述过流检测端DESAT和地之间，用于滤波。图中L1表示两个并联的IGBT(即Q1、Q4)的集电极之间连线的寄生电感的阻抗。

所述第一电阻R2的第一端作为过流保护开关单元100的所述供电端，所述第一二极管D1/D3和第二二极管D2/D4的正极均连接所述第一电阻R2/R6的第二端，所述第一二极管D1/D3的负极连接Q1/Q4的集电极，Q1/Q4的发射极地，所述第二二极管D2/D4的负极为所述过流保护开关单元100的所述过流反馈端。Q1/Q4的门极先后经过驱动电阻R3/R5、NPN型的三极管Q2和PNP型的三极管Q3组成的推挽电路、驱动电阻R4连接驱动芯片的驱动端VO。本实施例中，所述供电端连接至推挽电路与各个驱动电阻R3/R5的连接节点。

本实施例的工作原理如下：参考图7，驱动电流经过Q2注入后，分为三个部分，其中第一部分经过R3，用于导通Q1，第二部分经过R5，用于导通Q4，第三部分又分为两部分，一部分经过R2,一部分经过R6。正常工作时，D1,D3正向导通，导致DESAT处的电压不会达到触发过流保护的阈值。当Q1过流时，由于寄生电感L1的存在，致使Q1的Vce电压不会立即被Q4的导通而拉低，D1反向截止，流过R2的电流会通过D2和R1，使DESAT处的电压达到触发过流保护的阈值。Q4过压时同理，这样任意一个开关管处于过流状态时，DESAT处均可以快速检测。

实施例二中，以两个IGBT为例进行说明，当然可以理解的是，该过流保护电路适用于任意多个IGBT/MOSFET并联的情况。

实施例二中驱动芯片输出的驱动电流经过了推挽电路的放大，推挽电路中的三极管Q2、Q3也可以用NMOS、PMOS替代，还可以是其他器件组成的推挽电路。可以理解的是，本电路还适用于不带电流放大的电路，即推挽电路也可以省略掉，参考图8，实施例三中，Q1/Q4的门极直接经由驱动电阻R3/R5连接驱动芯片的驱动端VO，供电端还是与所有功率开关的控制端对应的并联连接点，即驱动电阻R3/R5与驱动端VO连接的节点处。

可以理解的是，供电端还可以连接至电路中的任一能够提供稳定电压的位置，比如，参考图9，实施例四中，供电端直接连接至第一个功率开关即Q1的门极。另外，供电端还可以直接连接外部的独立电源，参考图10，实施例五中，供电端直接与固定电源VCC连接。

综上所述，实施本实用新型的并联功率开关的过流保护电路，具有以下有益效果：本实用新型中每个功率开关配置一个过流保护开关单元，任一功率开关过流时，与其串接的过流保护开关单元会将原来输入到功率开关的电流切换至过流反馈端输出，所以驱动单元的过流检测端可以获取到任一功率开关的过流信号，所以任意一个功率开关过流都可以触发过流保护的功能，提高了触发过流保护的准确性和可靠性。

所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种并联功率开关的过流保护电路，用于对并联的多个功率开关进行过流保护，其特征在于，所述过流保护电路包括分别与所述功率开关一一对应的多个过流保护开关单元，且所述多个过流保护开关单元并联连接；每一所述过流保护开关单元与相应的一个功率开关串接，且每一所述过流保护开关单元的过流反馈端共接于驱动单元的过流检测端并在与其串接的所述功率开关过流时，将驱动所述功率开关的电流切换至过流反馈端输出以反馈过流信号至所述驱动单元。

2.根据权利要求1所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，每一所述过流保护开关单元包括：

开关电路，串接于供电端和相应的一个所述功率开关之间，并在所述功率开关未过流时导通，以及在所述功率开关过流时关断；

单向电路，连接于所述过流反馈端和供电端之间，用于防止外部电流从过流反馈端倒灌进入所述开关电路和所述功率开关。

3.根据权利要求2所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第一二极管，所述单向电路包括第二二极管。

4.根据权利要求2所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，每一所述过流保护开关单元还包括：

限流电路，连通所述供电端和所述单向电路以及所述供电端和所述开关电路，用于对所述供电端输出的电流进行限制。

5.根据权利要求4所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第一二极管，所述单向电路包括第二二极管，所述限流电路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述过流保护开关单元的所述供电端，所述第一二极管和第二二极管的正极均连接所述第一电阻的第二端，所述第一二极管的负极连接所述功率开关的输入端，所述功率开关的输出端接地，所述第二二极管的负极为所述过流保护开关单元的所述过流反馈端。

6.根据权利要求2所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述供电端与一个固定的外部电源连接。

7.根据权利要求2所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述供电端与任意电路中的提供稳定电压的位置连接。

8.根据权利要求7所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述供电端与对应功率开关的控制端连接。

9.根据权利要求1所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述功率开关为绝缘栅双极型晶体管IGBT或者金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

10.根据权利要求1所述的并联功率开关的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括第二电阻和电容，所述第二电阻连接于所述过流反馈端和所述过流检测端之间，所述电容连接于所述过流检测端和地之间。