CN207968447U - 一种igbt检测电路及保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT检测电路，包括依次串联的逻辑单元、驱动电路、IGBT和电压采样检测电路，其中：逻辑单元接入PWM信号，IGBT的集电极接高电压；驱动电路包括三极管Q1和MOS管Q2，三极管Q1与MOS管Q2并联后一端与IGBT的门极串联，另一端与逻辑单元串联；电压采样检测电路包括取样电阻R1和隔离光耦PC1；取样电阻R1的一端与IGBT的集电极串联，另一端串联于隔离光耦PC1的一端，隔离光耦PC1的另一端与逻辑单元串联。本实用新型公开的IGBT检测电路，通过其电路设计，达到结构简单，且检测效果灵敏的效果。

Description

一种IGBT检测电路及保护电路

技术领域

本实用新型涉及电动轮自卸车变频驱动技术领域，更具体地，特别涉及一种IGBT检测电路，还涉及一种包括上述IGBT检测电路的保护电路。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)自1982年由GE公司和RCA公司宣布以来，引起世界许多半导体厂家和研究者的重视，伴随而来的是IGBT的技术高速发展，从器件结构来看，IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOSFET(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动型功率半导体器件。性能上，IGBT兼具了MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，非常适合应用于直流电压为600V及以上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。

由于IGBT是电压控制型器件，因此只要控制IGBT的栅极电压就可以使其开通或关断，并且开通时维持比较低的通态压降。研究表明，IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化。因此，为了保证IGBT可靠工作，驱动保护电路至关重要。

但是，如何在IGBT及主电路发生故障时，例如出现短路、过流的情况下，能够实时监测到故障发生，进而使得驱动保护电路具有灵敏的保护能力，仍是IGBT驱动保护电路的重要原则之一。

因此，设计一种结构简单，且检测效果灵敏的IGBT检测电路，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题为提供一种IGBT检测电路，该IGBT检测电路通过设置包括取样电阻和隔离光耦的电压采样检测电路，达到结构简单，且检测效果灵敏的效果。

一种IGBT检测电路，包括IGBT、用于控制IGBT的驱动电路、用于检测IGBT集极电流的电压采样检测电路和用于控制所述驱动电路的逻辑单元，所述逻辑单元、所述驱动电路、IGBT和所述电压采样检测电路依次串联，其中：

所述逻辑单元接入PWM信号，所述IGBT的集电极接高电压；

所述驱动电路包括三极管Q1和MOS管Q2，所述三极管Q1与所述MOS管Q2并联后一端与所述IGBT的门极串联，另一端与所述逻辑单元串联；

所述电压采样检测电路包括取样电阻R1和隔离光耦PC1；

所述取样电阻R1的一端与所述IGBT的集电极串联，另一端串联于所述隔离光耦PC1的一端，所述隔离光耦PC1的另一端与所述逻辑单元串联。

优选的，所述逻辑单元具有电压采样检测端Vsoc、脉冲输出端P1和脉冲接收端PW，所述电压采样检测电路与所述电压采样检测端Vsoc连接，所述逻辑单元通过所述脉冲接收端PW接入PWM信号，所述驱动电路与所述脉冲输出端P1连接。

优选的，所述三极管Q1的集极接高电压，所述三极管Q1的射极与所述MOS管Q2的漏极并联于所述IGBT门极的一端，所述三极管Q1的基极与所述MOS管Q2的栅极并联于所述逻辑单元，所述MOS管Q2的源极接低电压。

优选的，所述驱动电路还包括限流电阻R2，所述三极管Q1与所述MOS管Q2并联后一端与所述IGBT的门极串联，另一端与所述限流电阻R2一端串联，所述限流电阻R2的另一端串联于所述逻辑单元。

优选的，所述三极管Q1为NPN三极管，所述MOS管Q2为耗尽型PMOS管。

本实用新型还提供一种保护电路，包括上述任一项所述IGBT检测电路，还包括用于关断IGBT且与所述驱动电路并联的软关断电路，所述软关断电路包括下拉电阻R3、限流电阻R4、MOS管Q3、隔离光耦PC2和软关断电阻R5，其中：

所述限流电阻R4与所述隔离光耦PC2并联后一端与所述MOS管Q3串联，另一端与所述下拉电阻R3串联；

所述软关断电阻R5与所述MOS管Q3并联。

进一步的，所述MOS管Q3为耗尽型NMOS管，所述MOS管Q3的漏极与所述MOS管Q2的源极串联，所述MOS管Q3的源极接低电压，所述限流电阻R4与所述隔离光耦PC2并联后一端与所述MOS管Q3的栅极串联。

进一步的，所述逻辑单元具有软关断输出控制端softoff，所述软关断输出控制端softoff与所述隔离光耦PC2的引脚3连接。

本实用新型提供的IGBT检测电路，通过设置包括取样电阻和隔离光耦的电压采样检测电路，PWM信号通过逻辑单元转换成IGBT驱动信号，驱动信号通过三极管和MOS管驱动IGBT，由IGBT构成主电路开断，然后通过采样IGBT电压电平得到一个高压反馈信号，经隔离光耦后反馈到逻辑单元，逻辑单元通过比较驱动信号和高压反馈信号的逻辑关系得到整个IGBT通道工作状态，可以迅速判断主电路及IGBT故障，达到结构简单，且检测效果灵敏的效果。

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为本实用新型实施例中IGBT检测电路的一种实施方式的电路示意图；

图2为本实用新型实施例中IGBT保护电路的一种实施方式的电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供的一种IGBT检测电路，包括IGBT、用于控制IGBT的驱动电路、用于检测IGBT集极电流的电压采样检测电路和用于控制驱动电路的逻辑单元，逻辑单元、驱动电路、IGBT和电压采样检测电路依次串联，其中：

逻辑单元接入PWM信号，IGBT的集电极接高电压；

驱动电路包括三极管Q1和MOS管Q2，三极管Q1与MOS管Q2并联后一端与IGBT的门极串联，另一端与逻辑单元串联；

电压采样检测电路包括取样电阻R1和隔离光耦PC1；

取样电阻R1的一端与IGBT的集电极串联，另一端串联于隔离光耦PC1的一端，隔离光耦PC1的另一端与逻辑单元串联。

本实施的IGBT检测电路，主要由取样电阻R1和隔离光耦PC1及逻辑单元组成，PWM信号通过逻辑单元转换成IGBT驱动信号，驱动信号通过三极管Q1和MOS管Q2驱动IGBT，由IGBT构成主电路开断，然后通过采样IGBT集射极之间电平得到一个高压反馈信号，经过隔离光耦PC1后反馈到逻辑单元，逻辑单元通过比较驱动信号和高压反馈信号的逻辑关系得到整个IGBT通道工作状态，可以迅速判断主电路及IGBT故障。

在实际运用中，当逻辑单元检测到高压反馈信号时，不管PWM信号是高或低电平，逻辑单元输出驱动信号为低电平。当IGBT导通压降，通过光耦隔离输入逻辑单元，与预设定值比较，如果超过预设定值，判断为IGBT发生故障。

在本实施例的一种实施方式中，逻辑单元具有电压采样检测端Vsoc、脉冲输出端P1和脉冲接收端PW，电压采样检测电路与电压采样检测端Vsoc连接，逻辑单元通过脉冲接收端PW接入PWM信号，驱动电路与脉冲输出端P1连接。

PWM(Pulse Width Modulation)控制，即脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形。

逻辑单元的脉冲接收端PW接受外部的PWM信号，经过转换后形成用于控制驱动电路的驱动脉冲信号，同时，逻辑单元还通过电压采样检测端Vsoc与电压采样检测电路连接，接受电压采样检测电路发送的检测信号。

在本实施例的一种实施方式中，三极管Q1的集极接高电压，三极管Q1的射极与MOS管Q2的漏极并联于IGBT门极的一端，三极管Q1的基极与MOS管Q2的栅极并联于逻辑单元，MOS管Q2的源极接低电压。

三极管又称晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极、射极和集极。

而MOS管又称场效应管(FET)，把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的跨导(transconductance)，定义为输出电流的变化和输入电压变化之比。

在本实施例的一种实施方式中，驱动电路还包括限流电阻R2，三极管Q1与MOS管Q2并联后一端与IGBT的门极串联，另一端与限流电阻R2一端串联，限流电阻R2的另一端串联于逻辑单元。

由于三极管Q1是电流型控制器件，控制三极管Q1开通需要合适的电流驱动，通过设置限流电阻R2，能够限制通过三极管Q1的电流，避免过高电流影响三极管Q1的驱动效果甚至造成三极管Q1的损坏。

在本实施例的一种实施方式中，三极管Q1为NPN三极管，MOS管Q2为耗尽型PMOS管。

如图2所示，本实施例还提供了一种IGBT保护电路，包括上述任一项IGBT检测电路，还包括用于关断IGBT且与驱动电路并联的软关断电路，软关断电路包括下拉电阻R3、限流电阻R4、MOS管Q3、隔离光耦PC2和软关断电阻R5，其中：

限流电阻R4与隔离光耦PC2并联后一端与MOS管Q3串联，另一端与下拉电阻R3串联；

软关断电阻R5与MOS管Q3并联。

当逻辑单元检测到IGBT短路或过流时，逻辑单元通过对高压反馈信号与驱动信号进行逻辑判断，发出保护信号。通过设置下拉电阻R3，保证在没有驱动信号时，三极管Q1、MOS管Q2不导通，而设置限流电阻R4，为了当出现保护信号时，限制流过隔离光耦PC2的电流。

在实际运用中，IGBT通常采取的保护措施就是软关断，软关断指在过流和短路时，使关断时间延长，栅压缓慢降低，但器件仍维持导通，能够降低器件关断时的di/dt，对器件保护十分有利。慢降栅压技术就是通过限制降栅压的速度来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的dv/dt和UCE的峰值。

本实施例的软关断电路主要由三极管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、软关断电阻R5和隔离光耦PC2组成，其运行原理如下：

正常运行时，MOS管Q3保持常开通，软关断电阻R5旁路；

驱动信号为高电平时三极管Q1打开，MOS管Q2关断，IGBT门极输出+15V，IGBT开通；

驱动信号为低电平时，MOS管Q2打开，三极管Q1关断，IGBT门极输出+-5V，IGBT关断，这样可以完成IGBT正常开通关断。

即，当系统检测到IGBT发生短路或过流时保护，信号通过隔离光耦PC2关闭MOS管Q3使软关断电阻R5加入放电回路，然后关闭三极管Q1，打开MOS管Q2，使门极栅压缓慢较低，达到软关断目的，防止关断过高电压，保护IGBT不损坏。

在本实施例的一种实施方式中，MOS管Q3为耗尽型NMOS管，MOS管Q3的漏极与MOS管Q2的源极串联，MOS管Q3的源极接低电压，限流电阻R4与隔离光耦PC2并联后一端与MOS管Q3的栅极串联。

进一步的，逻辑单元具有软关断输出控制端softoff，软关断输出控制端softoff与隔离光耦PC2的引脚3连接。

以上对本实用新型所提供的一种IGBT检测电路及保护电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种IGBT检测电路，其特征在于，包括IGBT、用于控制IGBT的驱动电路、用于检测IGBT集电极电流的电压采样检测电路和用于控制所述驱动电路的逻辑单元，所述逻辑单元、所述驱动电路、IGBT和所述电压采样检测电路依次串联，其中：

所述逻辑单元接入PWM信号，所述IGBT的集电极接高电压；

所述驱动电路包括三极管Q1和MOS管Q2，所述三极管Q1与所述MOS管Q2并联后一端与所述IGBT的门极串联，另一端与所述逻辑单元串联；

所述电压采样检测电路包括取样电阻R1和隔离光耦PC1；

所述取样电阻R1的一端与所述IGBT的集电极串联，另一端串联于所述隔离光耦PC1的一端，所述隔离光耦PC1的另一端与所述逻辑单元串联。

2.根据权利要求1所述的IGBT检测电路，其特征在于，所述逻辑单元具有电压采样检测端Vsoc、脉冲输出端P1和脉冲接收端PW，所述电压采样检测电路与所述电压采样检测端Vsoc连接，所述逻辑单元通过所述脉冲接收端PW接入PWM信号，所述驱动电路与所述脉冲输出端P1连接。

3.根据权利要求1所述的IGBT检测电路，其特征在于，所述三极管Q1的集极接高电压，所述三极管Q1的射极与所述MOS管Q2的漏极并联于所述IGBT门极的一端，所述三极管Q1的基极与所述MOS管Q2的栅极并联于所述逻辑单元，所述MOS管Q2的源极接低电压。

4.根据权利要求1所述的IGBT检测电路，其特征在于，所述驱动电路还包括限流电阻R2，所述三极管Q1与所述MOS管Q2并联后一端与所述IGBT的门极串联，另一端与所述限流电阻R2一端串联，所述限流电阻R2的另一端串联于所述逻辑单元。

5.根据权利要求1所述的IGBT检测电路，其特征在于，所述三极管Q1为NPN三极管，所述MOS管Q2为耗尽型PMOS管。

6.一种IGBT保护电路，包括上述任一项所述IGBT检测电路，其特征在于，还包括用于关断IGBT且与所述驱动电路并联的软关断电路，所述软关断电路包括下拉电阻R3、限流电阻R4、MOS管Q3、隔离光耦PC2和软关断电阻R5，其中：

所述限流电阻R4与所述隔离光耦PC2并联后一端与所述MOS管Q3串联，另一端与所述下拉电阻R3串联；

所述软关断电阻R5与所述MOS管Q3并联。

7.根据权利要求6所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述MOS管Q3为耗尽型NMOS管，所述MOS管Q3的漏极与所述MOS管Q2的源极串联，所述MOS管Q3的源极接低电压，所述限流电阻R4与所述隔离光耦PC2并联后一端与所述MOS管Q3的栅极串联。

8.根据权利要求7所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述逻辑单元具有软关断输出控制端softoff，所述软关断输出控制端softoff与所述隔离光耦PC2的引脚3连接。