CN209786786U - 功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车，所述功率开关器件保护电路包括去饱和保护单元、限流单元以及上拉单元，其中：所述限流单元的一端连接到所述去饱和保护单元的输入端、另一端连接到中间电位点，所述中间电位点连接到所述功率开关器件的集电极，且所述去饱和保护单元在输入端电压超过所述功率开关器件的集电极与发射极的饱和电压时输出保护信号；所述上拉单元的一端连接到所述中间电位点、另一端连接恒定的高电平。本实用新型实施例能够很好地解耦短路保护时间需求与Vdesat电压平台值抬升导致抗干扰能力降低的问题，同时不会在驱动芯片的Desat引脚上产生负压，提高可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业领域，更具体地说，涉及一种功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车。
背景技术
在电动汽车领域，电机控制器属于核心部件之一，并且从成本、性能等方面考量，上述电机控制器通常选用带负压关断的大功率开关器件。目前，对于电机控制器中的功率开关器件，通常采用霍尔元件进行电流采样。但霍尔元件进行电流采样时，延时时间较大，通常在几十微秒以上，而一般的功率开关器件的短路耐受时间，例如IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的短路耐受时间一般在10微秒以内，即发生短路故障时，通过霍尔元件很难及时的保护功率开关器件。
为了有效的保护故障状态下，特别是短路状态下的功率开关器件，如图1所示，一般需在功率开关器件的驱动电路中增加Desat(Desaturation，去饱和)保护电路对功率开关器件进行保护。并且，上述Desat保护电路可集成到功率开关器件的驱动芯片11中，通过驱动芯片11的Desat引脚检测功率开关器件是否存在短路。
然而，上述Desat保护电路在电机控制器整机运行过程中极易受到干扰。为解决上述问题，通常会加大Desat保护电路中的消隐电容CCLAMP的容值，但随着消隐电容CCLAMP的容值增大，驱动芯片11内部恒流源的充电电流将无法满足一些Desat保护时间需求较短的场合，需要额外的提供外部充电回路来降低Desat保护时间，否则无法及时的保护功率开关器件。
如图2所示，为了满足Desat保护时间需求较短的场合，可添加外部充电回路，即通过一个连接到电压源的充电电阻R2为驱动芯片11的Desat引脚充电，但是该方案会导致Desat引脚的电压平台值较高，非常接近离触发Desat故障的电压值，此时，因EMC(ElectroMagnetic Compatibility，电磁兼容性)、器件容差、驱动芯片内部电路的偏差等因素，非常容易在正常运行过程中误触发Desat故障，导致电机控制器误报Desat故障而关管停机。若在电动汽车高速运行时突然关管，可能会导致非常严重的后果。
为避免上述Desat引脚的电压平台值较高的问题，如图3所示，可在限流电阻R1的远离Desat引脚的一端增加一个上拉电阻R3，该上拉电阻R3的另一端连接到驱动芯片11的电压输出引脚。然而，由于驱动芯片11内部的Desat保护电路中的MOS管存在导通电阻，该导通电阻将会与上拉电阻R3串联，因功率开关器件采用负压关断，故该导通电阻与上拉电阻R3串联之后会分压，并在驱动芯片11的Desat引脚上产生负压，但一般的驱动芯片11仅能耐受GND-0.3V的负压，Desat引脚上的负压很容易超出驱动芯片11的Desat引脚的电压耐受范围，从而降低驱动芯片11持续运行中的可靠性，并导致驱动芯片11失效。
实用新型内容
本实用新型实施例针对上述Desat保护电路为减小干扰而增加消隐电容的容值易时无法满足Desat保护时间需求较短的场合，添加外部充电回路导致Desat引脚的电压平台值较高并导致误触发Desat故障，以及增加上拉电阻导致驱动芯片的Desat引脚上产生负压并降低Desat保护电路可靠性的问题，提供一种功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率开关器件保护电路，用于对故障状态下的功率开关器件进行保护，所述保护电路包括去饱和保护单元、限流单元以及上拉单元，其中：所述限流单元的一端连接到所述去饱和保护单元的输入端、另一端连接到中间电位点，所述中间电位点连接到所述功率开关器件的集电极，且所述去饱和保护单元在输入端电压超过所述功率开关器件的集电极与发射极的饱和电压时输出保护信号；所述上拉单元的一端连接到所述中间电位点、另一端连接恒定的高电平。
优选地，所述去饱和保护单元集成到驱动芯片，且所述去饱和保护单元的输入端由所述驱动芯片的Desat引脚构成。
优选地，所述限流单元包括第一电阻，且所述第一电阻的一端连接到所述驱动芯片的Desat引脚、另一端连接到所述中间电位点。
优选地，所述上拉单元包括第二电阻，且所述第二电阻的阻值大于所述第一电阻的阻值；所述第二电阻的一端连接到所述中间电位点、另一端连接恒定的高电平。
优选地，所述驱动芯片包括电压输入引脚，并通过所述电压输入引脚供电；所述第二电阻的另一端连接到所述驱动芯片的电压输入引脚。
优选地，所述中间电位点经由串联连接的第一二极管和第二二极管连接到所述功率开关器件的集电极；所述保护电路还包括用于消除所述第一二极管和第二二极管上寄生电容的消隐电容，所述消隐电容的一端连接所述驱动芯片的Desat引脚、另一端连接参考地。
优选地，所述保护电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极接地、阳极连接所述驱动芯片的Desat引脚。
本实用新型实施例还提供一种电机控制器，包括功率开关器件，所述电机控制器还包括如上任一项所述的功率开关器件保护电路。
本实用新型实施例还提供一种电动汽车，包括如上所述的电机控制器。
本实用新型的功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车具有以下有益效果：通过一端连接到恒定的高电平上拉单元，能够很好地解耦短路保护时间需求与Vdesat电压平台值抬升导致抗干扰能力降低的问题，同时不会在驱动芯片的Desat引脚上产生负压，提高Desat保护电路的可靠性。
附图说明
图1是现有的Desat保护电路的示意图；
图2是现有增加外部充电回路的Desat保护电路的示意图
图3是现有增加上拉电阻的Desat保护电路的示意图；
图4是本实用新型实施例提供的功率开关器件保护电路的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图4所示，是本实用新型实施例提供的功率开关器件保护电路的示意图，该功率开关器件保护电路可对故障状态下的功率开关器件进行保护。本实施例的功率开关器件保护电路包括去饱和保护单元41、限流单元42以及上拉单元43，其中限流单元42的一端连接到去饱和保护单元41的输入端、另一端连接到中间电位点B，中间电位点B连接到功率开关器件T的集电极，且去饱和保护单元41在输入端电压超过功率开关器件T的集电极与发射极的饱和电压时输出保护信号，以使功率开关器件T关管停机；上拉单元43的一端连接到中间电位点B、另一端连接恒定的高电平，从而可将中间电位点B的电压上拉。
在功率开关器件T完全饱和导通后，中间电位点B的电势比去饱和保护单元41的输入端的(即A点)的电势低，流过上拉单元43的电流不会流经限流单元42，而是直接导流至功率开关器件T(流经限流单元42会产生较大压降，将正常运行过程中的去饱和保护单元41的输入端的电压抬升)，从而去饱和保护单元41的输入端的电压几乎与不添加上拉单元43时的电压一致，可以将去饱和保护单元41的输入端的电压与短路保护时间完全解耦开，即能够保障功率开关器件T的短路时间需求，又不影响电路的抗干扰能力。
上述功率开关器件保护电路，通过一端连接到恒定的高电平上拉单元43，能够很好地解耦短路保护时间需求与去饱和保护单元41的输入端电压抬升导致抗干扰能力降低的问题，同时不会在去饱和保护单元41的输入端产生负压，提高可靠性。
在本实用新型的一个实施例中，上述去饱和保护单元41可集成到驱动芯片，且该去饱和保护单元41的输入端由驱动芯片的Desat引脚构成。通过该方式，可提高电路的集成度，利于电路的小型化。
上述限流单元42具体可包括第一电阻R1，且该第一电阻R1的一端连接到驱动芯片的Desat引脚、另一端连接到中间电位点B。上述第一电阻R1的阻值可为千欧级别。
上拉单元43具体可包括第二电阻R2，且该第二电阻R2的阻值大于第一电阻R1的阻值，并可根据功率开关器件T的参数进行选择。上述第二电阻R2的一端连接到中间电位点B、另一端连接恒定的高电平。区别于图2所示的方案，第二电阻R2连接到限流单元42的远离驱动芯片的Desat引脚的一端，从而不会抬高驱动芯片的Desat引脚的电压；区别于图3所示方案，第二电阻R2上拉至上拉至恒定的高电平，而非驱动芯片的电压输出引脚Vout，从而不会在驱动芯片的Desat引脚引入负压。
优选地，上述驱动芯片包括电压输入引脚Vcc2，并通过该电压输入引脚Vcc2供电。上述第二电阻R2的另一端连接到驱动芯片的电压输入引脚Vcc2。该结构无需额外的电压源，可简化电路。
在本实用新型的另一实施例中，中间电位点B经由串联连接的第一二极管D1和第二二极管D2(上述第一二极管D1和第二二极管D2可采用高压二极管)连接到功率开关器件T的集电极；上述功率开关器件保护电路还包括消隐电容CCLAMP,该消隐电容CCLAMP可消除第一二极管D1和第二二极管D2上寄生电容，并且该消隐电容CCLAMP,的一端连接驱动芯片的Desat引脚、另一端连接参考地。
为了防止功率开关器件T开通时因第一二极管D1和第二二极管D2的结电容耦合开通时的dv/dt，产生一个抽电流并导致负压产生，上述功率开关器件保护电路还包括一个第三二极管D3，该第三二极管D3具体可采用肖特基二极管，其可钳位负压，防止驱动芯片的Desat引脚的电压在开通时产生的负压超出电压承受范围。
本实用新型实施例还提供一种电机控制器，该电机控制器具体可用于电动汽车中的驱动电机控制，且该电机控制器包括功率开关器件以及如上所述的功率开关器件保护电路。
本实用新型实施例还提供一种电动汽车，该电动汽车包括驱动电机以及如上所述的电机控制器，并由电机控制器控制驱动电机运行。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种功率开关器件保护电路，用于对故障状态下的功率开关器件进行保护，其特征在于，所述保护电路包括去饱和保护单元、限流单元以及上拉单元，其中：所述限流单元的一端连接到所述去饱和保护单元的输入端、另一端连接到中间电位点，所述中间电位点连接到所述功率开关器件的集电极，且所述去饱和保护单元在输入端电压超过所述功率开关器件的集电极与发射极的饱和电压时输出保护信号；所述上拉单元的一端连接到所述中间电位点、另一端连接恒定的高电平。
2.根据权利要求1所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述去饱和保护单元集成到驱动芯片，且所述去饱和保护单元的输入端由所述驱动芯片的Desat引脚构成。
3.根据权利要求2所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述限流单元包括第一电阻，且所述第一电阻的一端连接到所述驱动芯片的Desat引脚、另一端连接到所述中间电位点。
4.根据权利要求3所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述上拉单元包括第二电阻，且所述第二电阻的阻值大于所述第一电阻的阻值；所述第二电阻的一端连接到所述中间电位点、另一端连接恒定的高电平。
5.根据权利要求4所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述驱动芯片包括电压输入引脚，并通过所述电压输入引脚供电；所述第二电阻的另一端连接到所述驱动芯片的电压输入引脚。
6.根据权利要求2所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述中间电位点经由串联连接的第一二极管和第二二极管连接到所述功率开关器件的集电极；所述保护电路还包括用于消除所述第一二极管和第二二极管上寄生电容的消隐电容，所述消隐电容的一端连接所述驱动芯片的Desat引脚、另一端连接参考地。
7.根据权利要求6所述的功率开关器件保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极接地、阳极连接所述驱动芯片的Desat引脚。
8.一种电机控制器，包括功率开关器件，其特征在于，所述电机控制器还包括如权利要求1-7中任一项所述的功率开关器件保护电路。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的电机控制器。
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| CN201920761026.6U CN209786786U (zh) | 2019-05-24 | 2019-05-24 | 功率开关器件保护电路、电机控制器及电动汽车 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113659827A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-16 | 华中科技大学 | 消隐时间自适应去饱和保护改进电路、设计方法及应用 |
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