CN208369548U - 一种igbt驱动保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT驱动保护电路，所述驱动保护电路包括驱动电路、采样电路、关联电路以及比较电路，所述驱动电路输入端与驱动信号端连接，第一输出端与所述采样电路的输入端连接，第二输出端与所述关联电路的输入端连接，所述关联电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端为所述驱动保护电路的输出端。本实用新型通过使用少量的分离器件，在实现保护驱动电路的同时，简化了电路的结构，相比使用大量分离器件的方案，提高了电路可靠性，降低了电路成本。

Description

一种IGBT驱动保护电路

技术领域

本实用新型涉及电路保护领域，具体涉及一种IGBT驱动保护电路。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT广泛应用于开关器件。

驱动保护电路是变频器等使用晶体管IGBT做开关控制的工业控制器中常用的基本电路，用于驱动IGBT的开通和关断并实现IGBT在异常情况下如短路时的驱动保护电路。

现有的IGBT驱动保护电路，通常由大量的电阻电容及二极管三极管组成，通过采样IGBT在短路条件下出现退饱和现象时的Vce电压异常升高，超过驱动保护电路的动作阈值后，触发保护电平反转，再通过CPU或硬件电路关断IGBT的驱动，来实现IGBT在短路情况下的保护。但由于使用了大量的分离器件，使得成本较高，且可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种IGBT驱动保护电路，通过使用少量的分离器件，实现IGBT电路的保护，提高了电路可靠性，降低了电路成本，有效解决前述现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种IGBT驱动保护电路，所述驱动保护电路包括驱动电路、采样电路、关联电路以及比较电路，所述驱动电路输入端与驱动信号端连接，第一输出端与所述采样电路的输入端连接，第二输出端与所述关联电路的输入端连接，所述关联电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端为所述驱动保护电路的输出端。

作为一种可选方案，所述采样电路包括电阻R13、R14，二极管D1、D3，电容C4，以及晶体管IGBT1，其中所述电阻R13一端与所述比较电路的输入端连接，另一端与所述二极管D3的正极连接；所述电阻R14的一端与所述二极管D3的正极连接，另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端接地；所述二极管D1的正极与所述二极管D3的正极连接，负极与电源端连接；所述二极管D3的负极与晶体管IGBT1的集电极连接；所述晶体管IGBT1的栅极与所述驱动电路的第一输出端连接，发射极接地。

作为一种可选方案，所述关联电路包括电阻R2、R4，场效应管TR3，以及二极管D2；其中，所述电阻R2的一端与驱动电路的第二输出端连接，另一端与三极管TR3的基极连接；所述电阻R4的一端与所述三极管TR3的基极连接，另一端接地；所述三极管TR3的集电极分别与所述二极管D2的负极以及所述比较电路的输入端连接，发射极接地。

作为一种可选方案，所述比较电路包括第一滤波电路，与所述第一滤波电路一端连接的阈值电路，以及与所述阈值电路连接的第二滤波电路；所述第一滤波电路的另一端为所述比较电路的输入端。

作为一种可选方案，所述第一滤波电路包括电阻R15、电容C1，所述阈值电路包括阈值设定电路以及比较器IC1，所述第二滤波电路包括电阻R16、电容C6；所述电阻R15一端为所述比较电路的输入端，另一端与所述比较器IC1的负输入端连接；所述电容C1的一端与所述比较器IC1的负输入端连接，另一端接地；所述电阻R16的一端与所述比较器IC1的输出端连接，另一端为驱动保护电路输出端；所述电容C6的一端与所述电阻R16连接，另一端接地。

作为一种可选方案，所述阈值设定电路包括电阻R7、R8，以及电容C5；所述电阻R7的一端与所述IC1的正输入端连接，另一端连接电源；所述电阻R8的一端与所述IC1的正输入端连接，另一端接地。

作为一种可选方案，所述比较电路还包括上拉电阻R11，所述上拉电阻R11一端连接电源，另一端与所述比较器IC1的输出端连接。

作为一种可选方案，所述驱动电路包括驱动放大电路以及与所述驱动放大电路一端连接的限流滤波电路，所述驱动放大电路的另一端与驱动信号端连接。

作为一种可选方案，所述驱动放大电路包括场效应管TR1、TR2、TR4，电阻R3、R12；所述场效应管TR1的栅极与所述驱动信号端连接，漏极与电阻R3的一端连接，源极接地；所述场效应管TR2的栅极与电阻R3的一端连接，漏极与所述限流滤波电路连接，源极接地；所述场效应管TR4的栅极与电阻R3的另一端连接，漏极与所述限流滤波电路连接，源极与电源端连接；所述场效应管TR2的栅极为驱动电路的第二输出端；所述电阻R12一端与所述场效应管TR4的栅极连接，另一端与电源端连接。

作为一种可选方案，所述限流滤波电路包括电阻R10、R1、电容C2；其中，所述R10一端与所述场效应管TR4的漏极连接，另一端与所述场效应管TR2的漏极连接；所述电阻R1一端与所述场效应管TR2的漏极连接，另一端为所述驱动电路的第一输出端；所述驱动电路还包括电阻R9、R5、R6，其中，电阻R9串联在所述场效应管TR1的栅极与所述驱动信号端之间，所述电阻R5一端与所述场效应管TR1的栅极，另一端接地；所述电阻R6一端与所述电阻R1的另一端连接，另一端接地。

本实用新型的优点在于：本实用新型通过使用少量的分离器件，在实现保护驱动电路的同时，简化了电路的结构，相比使用大量分离器件的方案，提高了电路可靠性，降低了电路成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种IGBT驱动保护电路示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种IGBT驱动保护电路具体元件示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合具体的实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示的本实用新型实施例提供的一种IGBT驱动保护电路示意图，本实用新型实施例提供的一种IGBT驱动保护电路，包括驱动电路1、采样电路2、关联电路3以及比较电路4，所述驱动电路1输入端与驱动信号端连接，第一输出端与所述采样电路2的输入端连接，第二输出端与所述关联电路3的输入端连接，所述关联电路3的输出端与所述比较电路4的输入端连接，所述采样电路2的输出端与所述比较电路4的输入端连接，所述比较电路4的输出端为所述驱动保护电路的输出端。

驱动电路1通过将单片机或其它电路输出的驱动信号(gate drive)放大滤波，直接驱动被控器件晶体管IGBT，从而实现对晶体管IGBT的开通和关断。比较电路4通过晶体管IGBT的Vce电压采样电路2获得IGBT的Vce电压，再结合关联电路3获得的IGBT开通关断驱动信号，与设定阀值电压比较，输出最终的驱动保护信号OI。此驱动保护信号可送入单片机或其它硬件保护电路，产生驱动信号(gate drive)。

本技术方案通过使用少量的分离器件，在实现保护驱动电路的同时，简化了电路的结构，相比使用大量分离器件的方案，提高了电路可靠性，降低了电路成本。

作为一种可选的实施方式，如图2所示的本实用新型实施例提供的一种IGBT驱动保护电路具体元件示意图，其中标号1为驱动电路的具体元器件示意图，标号2为采样电路的具体元器件示意图，标号3为关联电路的具体元器件示意图，标号4为比较电路的具体元器件示意图。该采样电路2包括电阻R13、R14，二极管D1、D3，电容C4，以及晶体管IGBT1，其中该电阻R13一端与该比较电路4的输入端连接，另一端与该二极管D3的正极连接；该电阻R14的一端与该二极管D3的正极连接，另一端与该电容C4的一端连接，该电容C4的另一端接地；该二极管D1的正极与该二极管D3的正极连接，负极与电源端连接；该二极管D3的负极与晶体管IGBT1的集电极连接；该晶体管IGBT1的栅极与该驱动电路1的第一输出端连接，发射极接地。

作为一种可选的实施方式，该关联电路3包括电阻R2、R4，场效应管TR3，以及二极管D2；其中，该电阻R2的一端与驱动电路1的第二输出端连接，另一端与三极管TR3的基极连接；该电阻R4的一端与该三极管TR3的基极连接，另一端接地；该三极管TR3的集电极分别与该二极管D2的负极以及该比较电路4的输入端连接，发射极接地。

作为一种可选的实施方式，该比较电路4包括第一滤波电路，与该第一滤波电路一端连接的阈值电路，以及与该阈值电路连接的第二滤波电路；该第一滤波电路的另一端为该比较电路4的输入端。

作为一种可选的实施方式，该第一滤波电路包括电阻R15、电容C1，该阈值电路包括阈值设定电路以及比较器IC1，该第二滤波电路包括电阻R16、电容C6；该电阻R15一端为该比较电路4的输入端，另一端与该比较器IC1的负输入端连接；该电容C1的一端与该比较器IC1的负输入端连接，另一端接地；该电阻R16的一端与该比较器IC1的输出端连接，另一端为驱动保护电路输出端；该电容C6的一端与该电阻R16连接，另一端接地。

作为一种可选的实施方式，该阈值设定电路包括电阻R7、R8，以及电容C5；该电阻R7的一端与该IC1的正输入端连接，另一端连接电源；该电阻R8的一端与该IC1的正输入端连接，另一端接地。

作为一种可选的实施方式，该比较电路4还包括上拉电阻R11，该上拉电阻R11一端连接电源，另一端与该比较器IC1的输出端连接。

作为一种可选的实施方式，该驱动电路1包括驱动放大电路以及与该驱动放大电路一端连接的限流滤波电路，该驱动放大电路的另一端与驱动信号端连接。

作为一种可选的实施方式，该驱动放大电路包括场效应管TR1、TR2、TR4，电阻R3、R12；该场效应管TR1的栅极与该驱动信号端连接，漏极与电阻R3的一端连接，源极接地；该场效应管TR2的栅极与电阻R3的一端连接，漏极与该限流滤波电路连接，源极接地；该场效应管TR4的栅极与电阻R3的另一端连接，漏极与该限流滤波电路连接，源极与电源端连接；该场效应管TR2的栅极为驱动电路1的第二输出端；该电阻R12一端与该场效应管TR4的栅极连接，另一端与电源端连接。

作为一种可选的实施方式，该限流滤波电路包括电阻R10、R1、电容C2；其中，该R10一端与该场效应管TR4的漏极连接，另一端与该场效应管TR2的漏极连接；该电阻R1一端与该场效应管TR2的漏极连接，另一端为该驱动电路1的第一输出端；该驱动电路1还包括电阻R9、R5、R6，其中，电阻R9串联在该场效应管TR1的栅极与该驱动信号端之间，该电阻R5一端与该场效应管TR1的栅极，另一端接地；该电阻R6一端与该电阻R1的另一端连接，另一端接地。

当单片机或其它电路输入驱动信号为高电平时(正常导通信号)，场效应管TR1导通，场效应管TR2因驱动为低电平而关断，场效应管TR4的驱动因电阻R12和电阻R3的分压而产生低电平导通，此时VCC1驱动电压通过导通的场效应管TR4及限流电阻R10、R1和滤波电容C2，控制晶体管IGBT1导通。此时如晶体管IGBT1只流过正常电流，则其两端的电压约维持在2V左右。电源VCC1通过电阻R14、二极管D3电流流经晶体管IGBT1，而此时二极管D3的阳极电压为晶体管IGBT1的导通压降+D3的导通压降(约为2.6V)，因为场效应管TR1的导通，三极管TR3因驱动为低电平而关断。比较器IC1的负端电压等于二极管D3的阳极电压，而其正端电压为通过电阻R7、R8分压设定的阀值电压：VCC1*R8/(R7+R8)，一般是7-9V，因负端电压低于正端电压，比较器IC1通过上拉电阻R11和滤波电阻R16电容C6输出正常的高电平信号。

如果此时电路出现短路，晶体管IGBT1流过短路电流，则其两端的电压会因退饱和的原因快速上升至关断电平。二极管D3因反向电压而关断，此时二极管D3的阳极电压即为VCC1，因为三极管TR3关断，比较器IC1的负端电压也等于VCC1，而其正端电压为通过电阻R7、R8分压设定的阀值电压：VCC1*R8/(R7+R8)，一般是7-9V，所以负端电压高于正端电压，比较器IC1通过滤波电阻R16电容C6输出异常的低电平信号。此低电平信号可送入单片机或其它硬件保护电路，控制产生关断驱动信号(gate drive)。

当单片机或其它电路输入驱动电路11的驱动信号为低电平时(正常关断信号或保护关断信号)，场效应管TR1关断，场效应管TR2通过电阻R12和电阻R3上拉到VCC1而导通，因场效应管TR2导通后的驱动电流及流经电阻R2的电流很小(电阻R2阻值相对电阻R12和电阻R3必须大很多倍)，所以场效应管TR2的驱动电压近似于VCC1，而场效应管TR4的驱动近似于零电平而关断，此时晶体管IGBT1内寄生的Cin及电容C2上的能量通过导通的场效应管TR2及限流电阻R1泄放到地，晶体管IGBT1从而关断。其两端的电压上升为关断电压。二极管D3因反向电压而关断，此时二极管D3的阳极电压即为VCC1，因为场效应管TR1的关断，三极管TR3因驱动为高电平而开通。比较器IC1的负端电压被强行拉到地，而其正端电压为通过电阻R7、R8分压设定的阀值电压：VCC1*R8/(R7+R8)，一般是7-9V，因负端电压低于正端电压，比较器IC1通过上拉电阻R11和滤波电阻R16电容C6输出高电平信号。

本专利通过使用少量的分离器件，实现了现有技术方案相同的功能，相比使用大量分离器件的方案，提高了电路可靠性，降低了电路成本。相比使用集成驱动光耦的方案，大大降低了使用成本。

本实用新型实施例提供的上述技术方案及附图，用于对本实用新型的进一步说明而非限制，另外应当说明的是，本领域普通技术人员应当知晓，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述驱动保护电路包括驱动电路、采样电路、关联电路以及比较电路，所述驱动电路输入端与驱动信号端连接，第一输出端与所述采样电路的输入端连接，第二输出端与所述关联电路的输入端连接，所述关联电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与所述比较电路的输入端连接，所述比较电路的输出端为所述驱动保护电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述采样电路包括电阻R13、R14，二极管D1、D3，电容C4，以及晶体管IGBT1，其中所述电阻R13一端与所述比较电路的输入端连接，另一端与所述二极管D3的正极连接；

所述电阻R14的一端与所述二极管D3的正极连接，另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端接地；

所述二极管D1的正极与所述二极管D3的正极连接，负极与电源端连接；

所述二极管D3的负极与晶体管IGBT1的集电极连接；

所述晶体管IGBT1的栅极与所述驱动电路的第一输出端连接，发射极接地。

3.根据权利要求2所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述关联电路包括电阻R2、R4，场效应管TR3，以及二极管D2；

其中，所述电阻R2的一端与驱动电路的第二输出端连接，另一端与三极管TR3的基极连接；

所述电阻R4的一端与所述三极管TR3的基极连接，另一端接地；

所述三极管TR3的集电极分别与所述二极管D2的负极以及所述比较电路的输入端连接，发射极接地。

4.根据权利要求1至3任一项所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述比较电路包括第一滤波电路，与所述第一滤波电路一端连接的阈值电路，以及与所述阈值电路连接的第二滤波电路；

所述第一滤波电路的另一端为所述比较电路的输入端。

5.根据权利要求4所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括电阻R15、电容C1，所述阈值电路包括阈值设定电路以及比较器IC1，所述第二滤波电路包括电阻R16、电容C6；

所述电阻R15一端为所述比较电路的输入端，另一端与所述比较器IC1的负输入端连接；

所述电容C1的一端与所述比较器IC1的负输入端连接，另一端接地；

所述电阻R16的一端与所述比较器IC1的输出端连接，另一端为驱动保护电路输出端；

所述电容C6的一端与所述电阻R16连接，另一端接地。

6.根据权利要求5所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述阈值设定电路包括电阻R7、R8，以及电容C5；

所述电阻R7的一端与所述IC1的正输入端连接，另一端连接电源；

所述电阻R8的一端与所述IC1的正输入端连接，另一端接地。

7.根据权利要求6所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述比较电路还包括上拉电阻R11，所述上拉电阻R11一端连接电源，另一端与所述比较器IC1的输出端连接。

8.根据权利要求1至3任一项所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述驱动电路包括驱动放大电路以及与所述驱动放大电路一端连接的限流滤波电路，所述驱动放大电路的另一端与驱动信号端连接。

9.根据权利要求8所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述驱动放大电路包括场效应管TR1、TR2、TR4，电阻R3、R12；

所述场效应管TR1的栅极与所述驱动信号端连接，漏极与电阻R3的一端连接，源极接地；

所述场效应管TR2的栅极与电阻R3的一端连接，漏极与所述限流滤波电路连接，源极接地；

所述场效应管TR4的栅极与电阻R3的另一端连接，漏极与所述限流滤波电路连接，源极与电源端连接；

所述场效应管TR2的栅极为驱动电路的第二输出端；

所述电阻R12一端与所述场效应管TR4的栅极连接，另一端与电源端连接。

10.根据权利要求9所述的IGBT驱动保护电路，其特征在于，所述限流滤波电路包括电阻R10、R1、电容C2；

其中，所述R10一端与所述场效应管TR4的漏极连接，另一端与所述场效应管TR2的漏极连接；

所述电阻R1一端与所述场效应管TR2的漏极连接，另一端为所述驱动电路的第一输出端；

所述驱动电路还包括电阻R9、R5、R6，

其中，电阻R9串联在所述场效应管TR1的栅极与所述驱动信号端之间，

所述电阻R5一端与所述场效应管TR1的栅极，另一端接地；

所述电阻R6一端与所述电阻R1的另一端连接，另一端接地。