CN209267544U

CN209267544U - 一种igbt的驱动和保护电路

Info

Publication number: CN209267544U
Application number: CN201822164534.4U
Authority: CN
Inventors: 王宏; 张曲遥; 胡海洋
Original assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Current assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2028-12-20

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT的驱动和保护电路，包括光电耦合器、驱动电路、钳位电路、过流保护电路、绝缘栅双极型晶体管，光电耦合器，接收驱动信号并输出高电平或低电平到驱动电路；驱动电路，接收高电平时控制钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端电压钳位在高电平，绝缘栅双极型晶体管导通；驱动电路，接收低电平时控制所述钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端电压钳位在低电平，绝缘栅双极型晶体管关断；过流保护电路，检测到电压上升时，钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压钳位在高电平，过流时间超过设定时间输出一个低电平到驱动电路，驱动绝缘栅双极型晶体管关断。起到绝缘栅双极型晶体管的保护，增强抗骚扰能力。

Description

一种IGBT的驱动和保护电路

技术领域

本实用新型涉及绝缘栅双极型晶体管技术领域，特别涉及一种IGBT的驱动和保护电路。

背景技术

由于绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)特殊的工作性质，如果在IGBT的驱动极栅极产生一定宽度和幅度的脉冲信号足以使IGBT导通，此时IGBT可能处于放大状态或饱和状态。由于IGBT处于放大状态时集电极的电压很高，在IGBT流过一定电流时功耗非常大，而IGBT处于放大状态比饱和状态更容易损坏IGBT。因此，当IGBT导通不受控制，就有可能在刚上电时造成IGBT瞬间流过较长时间过电流，使IGBT损坏。

现有技术中，对高频感应加热对应的IGBT驱动通常采用的混合集成驱动器，但由于电路设计不够合理，通常在使用的过程中因为电流故障直接关断IGBT，影响IGBT的正常使用，容易造成IGBT损坏的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供了一种IGBT的驱动和保护电路，解决了对高频感应加热对应的IGBT驱动通常采用的混合集成驱动器，但由于电路设计不够合理，通常在使用的过程中因为电流故障直接关断IGBT，影响IGBT的正常使用，容易造成IGBT损坏的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种IGBT的驱动和保护电路，包括光电耦合器、驱动电路、钳位电路、过流保护电路、绝缘栅双极型晶体管，其中：

所述光电耦合器，用于接收驱动信号并输出高电平或低电平到驱动电路；

所述驱动电路，接收高电平时控制所述钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端电压钳位在高电平，所述绝缘栅双极型晶体管导通；

所述驱动电路，接收低电平时控制所述钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端电压钳位在低电平，所述绝缘栅双极型晶体管关断；

所述过流保护电路，检测到绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压上升时，所述钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压钳位在高电平，若过流时间超过设定时间时输出一个低电平到驱动电路，所述驱动电路驱动绝缘栅双极型晶体管关断。

进一步地，所述光电耦合器为高速光耦，所述高速光耦包括四个接线端，所述高速光耦的第一接线端连接电源，所述高速光耦的第二接线端和第三接线端与驱动电路连接，所述高速光耦的第四接线端接地。

进一步地，所述驱动电路包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R6、R7，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的b极与光电耦合器连接，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的e极均与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与绝缘栅双极型晶体管的E端连接，同时与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q1的c极连接+24V的电源，PNP型三极管Q2的c极接地。

进一步地，所述钳位电路包括电阻R2、稳压二极管D1、D2、D3、D7以及二极管D4，所述电阻R2的一端与电源连接，所述电阻R2的另一端与稳压二极管D1的负极连接，所述稳压二极管D1的正极接地，所述稳压二极管D1的负极同时与稳压二极管D2的正极连接，所述稳压二极管D2的的负极与稳压二极管D3的负极连接，所述稳压二极管D3的正极与驱动电路连接，所述二极管D4的正极与过流保护电路连接，所述二极管D4的负极与绝缘栅双极型晶体管的C端连接，所述稳压二极管D7的负极与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与稳压二极管D3的正极连接，所述稳压二极管D7的正极与过流保护电路连接。

进一步地，所述过流保护电路包括NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4，电阻R1、R3、R4、R5，电容C1，稳压二极管D5、D6；所述电阻R1的一端与光电耦合器连接，同时所述电阻R1的一端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与驱动电路连接，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，同时所述电阻R1的另一端与钳位电路连接、与电阻R4的一端连接、与稳压二极管D5的负极连接、与稳压二极管D6的负极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述稳压二极管D5的正极与NPN型三极管Q4的b极连接，所述NPN型三极管Q4的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q4的e极接地，所述稳压二极管D6的正极与NPN型三极管Q3的b极连接，同时稳压二极管D6的正极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述NPN型三极管Q3的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q3的e极接地。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型一种IGBT的驱动和保护电路，过流保护电路在检测到绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压上升时，通过钳位电路及时降低绝缘栅双极型晶体管的栅压，保证绝缘栅双极型晶体管仍然维持导通。绝缘栅双极型晶体管降低栅压后设有固定延时，故障电流在固定延时的时间内被限制在一较小值，从而降低了故障时绝缘栅双极型晶体管的功耗，延长了绝缘栅双极型晶体管抗短路的时间，起到对绝缘栅双极型晶体管的保护作用。在固定延时后故障电流依然存在，则输出一个低电平到驱动电路，驱动电路驱动绝缘栅双极型晶体管关断，若故障信号消失，驱动电路能够自动恢复正常的工作状态，增强了抗骚扰能力。

2.本实用新型一种IGBT的驱动和保护电路，通过光电耦合器对驱动电路与主电路之间进行隔离，避免驱动电路影响主电路。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

下面对本实用新型作详细说明。

本实用新型：光电耦合器接收到外部设备发出的驱动信号，当驱动信号为高电平时光电耦合器处于截止状态，并发出一个高电平到驱动电路，驱动电路接收到高电平时通过钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压钳位在高电平，绝缘栅双极型晶体管导通；当驱动信号为低电平时光电耦合器处于导通状态，并发出一个低电平到驱动电路，当驱动电路接收到低电平时通过钳位电路将绝缘栅双极型晶体管的G、E两端的电压钳位在低电平，绝缘栅双极型晶体管关断。过流保护电路检测到绝缘栅双极型晶体管的G、E两端升高时，控制钳位电路降低绝缘栅双极型晶体管的栅压，使得绝缘栅双极型晶体管在固定延时的时间内处于持续导通状态，在固定延时时间内过流保护电路检测到电流回复正常，则电路回复正常工作状态，在固定延时时间后过流保护电路仍然检测到故障电流，则输出一个低电平驱动电路，驱动电路接收到低电平则通过钳位电路将绝缘栅双极型晶体管钳位在低电平，绝缘栅双极型晶体管关断。使得绝缘栅双极型晶体管具有电流慢关断保护功能，能够有效地保护绝缘栅双极型晶体管，增强了抗骚扰能力。

实施例2

如图1所示，本实施例为实施例1的一种具体实现方式，所述光电耦合器为高速光耦，所述高速光耦包括四个接线端，所述高速光耦的第一接线端连接电源，所述高速光耦的第二接线端和第三接线端与驱动电路连接，所述高速光耦的第四接线端接地。

优选地，高速光耦的型号为PS8703。通过高速光耦实现与主电路的隔离，避免驱动电路影响主电路。

所述驱动电路包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R6、R7，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的b极与光电耦合器连接，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的e极均与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与绝缘栅双极型晶体管的E端连接，同时与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q1的c极连接+24V的电源，PNP型三极管Q2的c极接地。

优选地，NPN型三极管Q1为S9013型硅NPN晶体管，PNP型三极管Q2为S9013型硅PNP晶体管。

所述钳位电路包括电阻R2、稳压二极管D1、D2、D3、D7以及二极管D4，所述电阻R2的一端与电源连接，所述电阻R2的另一端与稳压二极管D1的负极连接，所述稳压二极管D1的正极接地，所述稳压二极管D1的负极同时与稳压二极管D2的正极连接，所述稳压二极管D2的的负极与稳压二极管D3的负极连接，所述稳压二极管D3的正极与驱动电路连接，所述二极管D4的正极与过流保护电路连接，所述二极管D4的负极与绝缘栅双极型晶体管的C端连接，所述稳压二极管D7的负极与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与稳压二极管D3的正极连接，所述稳压二极管D7的正极与过流保护电路连接。

优选地，稳压二极管D1稳压在5V，稳压二极管D2稳压在15V，稳压二极管D3稳压在15V，稳压二极管D7稳压在15V。

所述过流保护电路包括NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4，电阻R1、R3、R4、R5，电容C1，稳压二极管D5、D6；所述电阻R1的一端与光电耦合器连接，同时所述电阻R1的一端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与驱动电路连接，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，同时所述电阻R1的另一端与钳位电路连接、与电阻R4的一端连接、与稳压二极管D5的负极连接、与稳压二极管D6的负极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述稳压二极管D5的正极与NPN型三极管Q4的b极连接，所述NPN型三极管Q4的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q4的e极接地，所述稳压二极管D6的正极与NPN型三极管Q3的b极连接，同时稳压二极管D6的正极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述NPN型三极管Q3的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q3的e极接地。

优选地，NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4均选用S9013型硅NPN晶体管。

以上所述，仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种IGBT的驱动和保护电路，其特征在于：包括光电耦合器、驱动电路、钳位电路、过流保护电路、绝缘栅双极型晶体管，其中：

2.根据权利要求1所述的一种IGBT的驱动和保护电路，其特征在于：所述光电耦合器为高速光耦，所述高速光耦包括四个接线端，所述高速光耦的第一接线端连接电源，所述高速光耦的第二接线端和第三接线端与驱动电路连接，所述高速光耦的第四接线端接地。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT的驱动和保护电路，其特征在于：所述驱动电路包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R6、R7，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的b极与光电耦合器连接，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2的e极均与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与绝缘栅双极型晶体管的E端连接，同时与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q1的c极连接+24V的电源，PNP型三极管Q2的c极接地。

4.根据权利要求1所述的一种IGBT的驱动和保护电路，其特征在于：所述钳位电路包括电阻R2、稳压二极管D1、D2、D3、D7以及二极管D4，所述电阻R2的一端与电源连接，所述电阻R2的另一端与稳压二极管D1的负极连接，所述稳压二极管D1的正极接地，所述稳压二极管D1的负极同时与稳压二极管D2的正极连接，所述稳压二极管D2的负极与稳压二极管D3的负极连接，所述稳压二极管D3的正极与驱动电路连接，所述二极管D4的正极与过流保护电路连接，所述二极管D4的负极与绝缘栅双极型晶体管的C端连接，所述稳压二极管D7的负极与绝缘栅双极型晶体管的G端连接，同时与稳压二极管D3的正极连接，所述稳压二极管D7的正极与过流保护电路连接。

5.根据权利要求1所述的一种IGBT的驱动和保护电路，其特征在于：所述过流保护电路包括NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4，电阻R1、R3、R4、R5，电容C1，稳压二极管D5、D6；所述电阻R1的一端与光电耦合器连接，同时所述电阻R1的一端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与驱动电路连接，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，同时所述电阻R1的另一端与钳位电路连接、与电阻R4的一端连接、与稳压二极管D5的负极连接、与稳压二极管D6的负极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述稳压二极管D5的正极与NPN型三极管Q4的b极连接，所述NPN型三极管Q4的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q4的e极接地，所述稳压二极管D6的正极与NPN型三极管Q3的b极连接，同时稳压二极管D6的正极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端接地，所述NPN型三极管Q3的c极与钳位电路连接，所述NPN型三极管Q3的e极接地。