CN211701456U - 双功率管过流保护电路及模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电路保护技术领域，提供了一种双功率管过流保护电路及模块。该模块包括：电压下拉单元的输入端连接驱动信号，电压下拉单元的输出端分别连接检测输出单元的输入端以及耦合电容C1和检测电阻R1的公共点，检测输出单元的输出端连接过流检测口；耦合电容C1的另一端用于连接功率管的发射极，并将耦合电容C1的另一端作为双功率管过流保护模块的参考地GND；检测电阻R2的另一端用于连接功率管的集电极，功率管的栅极用于连接驱动信号。从而可以解决现有技术中的过流保护电路采用高阻状态保护IGBT时，若检测点的未降到预设值则会引起误报C极保护的问题。

Description

双功率管过流保护电路及模块

技术领域

本实用新型属于电路保护技术领域，尤其涉及一种双功率管过流保护电路及模块。

背景技术

随着开关电源、逆变器、变频器技术的发展，大功率开关元件(功率开关管)GTO、IGBT等得到广泛使用，尤以IGBT的发展最为迅速。但是RB-IGBT (逆阻型IGBT)横管为两个功率开关管并联连接，其过流检测电路无法沿用传统的IGBT的C极保护电路，只能采用高阻态方式进行保护。然而采用高阻状态保护IGBT时，若IGBT出驱动时检测点的电压未降到预设值则会引起误报C极保护。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种双功率管过流保护电路及模块，以解决现有技术中的过流保护电路采用高阻状态保护IGBT时，容易引起误报 C极保护的问题。

本实用新型实施例第一方面提供了一种双功率管过流保护电路，包括：电压下拉单元、检测输出单元、耦合电容C1以及检测电阻R1；

所述电压下拉单元的输入端连接驱动信号，所述驱动信号用于驱动功率管，所述电压下拉单元的输出端分别连接所述检测输出单元的输入端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点，所述耦合电容C1和所述检测电阻R1 的公共点作为所述检测输出单元的进线电压检测端，所述检测输出单元的输出端连接过流检测口；

所述耦合电容C1的另一端用于连接所述功率管的发射极，并将所述耦合电容C1的另一端作为所述双功率管过流保护模块的参考地GND；所述检测电阻R1的另一端用于连接所述功率管的集电极。

在一实施例中，所述电压下拉单元包括：第一比较器；

所述第一比较器的反相输入端输入参考电压信号，所述第一比较器的同相输入端输入所述驱动信号，所述第一比较器的输出端连接所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

在一实施例中，所述电压下拉单元还包括：电阻R4、电阻R5、电阻R3 以及电容C2；

所述电阻R4的一端连接所述驱动信号的输出端口，所述电阻R4的另一端通过电阻R5和电容C2构成的并联电路的一端连接所述第一比较器的同相输入端，所述电阻R5和所述电容C2构成的并联电路的另一端连接参考地；

所述第一比较器的输出端串联所述电阻R3后连接所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

在一实施例中，所述检测输出单元包括：第二比较器和上拉电阻R6；

所述第二比较器的反相输入端输入参考电压信号，所述第二比较器的同相输入端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点，所述第二比较器的输出端分别连接所述上拉电阻R6的一端以及过流检测口；

所述上拉电阻R6的另一端接电源正极。

在一实施例中，所述检测输出单元还包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电容C3；

所述电阻R7连接在所述第二比较器的反相输入端以及参考电压信号输入端口之间；

所述电阻R8的一端连接所述第二比较器的输出端，另一端分别连接所述上拉电阻R6和所述过流检测口；

所述电阻R9的一端连接在所述第二比较器的同相输入端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点；

所述电阻R10的一端连接在所述第二比较器的同相输入端以及所述电阻 R9之间，所述电阻R10的另一端连接参考地；

所述电容C3并联在所述电阻R10的两端。

在一实施例中，所述检测输出单元还包括：钳位二极管和电阻R2；

所述钳位二极管连接在所述电阻R2和所述电阻R9之间，电阻R2的另一端连接所述检测电阻R1和所述耦合电容C1的公共点。

在一实施例中，所述钳位二极管包括二极管D1以及二极管D2；

所述二极管D1的阳极以及所述二极管D2的阴极连接在所述电阻R2以及所述电阻R9之间，所述二极管D1的阴极接电源正极，所述二极管D2的阳极连接参考地。

本实用新型实施例第二方面提供了一种双功率管过流保护模块，包括两个上述任一实施例所述的双功率管过流保护电路，所述双功率管过流保护模块还包括：功率开关管T1和功率开关管T4，以及所述双功率管T2、T3；其中第一双功率管过流保护电路中的功率管为T2，第二双功率管过流保护电路中的功率管为T3；

所述功率管T2的集电极连接所述功率管T3的发射极并连接母线中点N线；所述功率管T2的发射极连接所述功率管T3的集电极并连接所述功率开关管 T1的发射极；

所述功率开关管T1的集电极连接正母线，所述功率开关管T1的发射极连接所述功率开关管T4的集电极，所述功率开关管T4的发射极连接负母线。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实用新型实施例，通过设置电压下拉单元，可以在驱动信号输出低电平时，通过R3将检测电阻 R1和耦合电容C1之间的检测输出单元的进线电压检测端的电压拉低，降低进线电压检测端的电压，当在驱动信号输出高电平时检测电路中的第二比较器处于高阻态，对功率电路中的C极信号没有影响，因此不会导致误报C极保护，从而可以解决现有技术中的过流保护电路采用高阻状态保护IGBT时，若进线电压检测端的电压未降到预设值则会引起误报C极保护的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的双功率管过流保护电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电压下拉单元的连接示意图；

图3是本实用新型实施例提供的检测输出单元的连接示意图；

图4是本实用新型实施例提供的双功率管过流保护模块的电路示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

本实用新型实施例提供一种双功率管过流保护电路，如图1所示，所述双功率管过流保护电路包括：电压下拉单元101、检测输出单元102、耦合电容 C1以及检测电阻R1。

所述电压下拉单元101的输入端连接驱动信号，所述驱动信号用于驱动功率管T2或T3(功率管T2或T3分别为双功率管的其一功率管，为方便表述，下文以T2为例指代双功率管的其一功率管进行说明)，所述电压下拉单元101 的输出端分别连接所述检测输出单元102的输入端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点，所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点作为所述检测输出单元的进线电压检测端，所述检测输出单元的输出端连接过流检测口；

所述耦合电容C1的另一端用于连接所述功率管T2的发射极，并将所述耦合电容C1的另一端作为所述双功率管过流保护模块的参考地GND；所述检测电阻R1的另一端用于连接所述功率管T2的集电极。

可选的，耦合电容C1也称为寄生电容，在大功率机器从整机结构、空间布局考虑，往往采取驱动板和适配板(虚线为界)进行分开并用排线进行连接，排线之间、PCB走线之间以及单板对外部环境之间存在一定的耦合电容，即图 1中电容C1。当在功率电路与检测输出单元之间的进线电压检测端形成较大的电压差时，图1中A点的电压较大时，耦合电容C1会进行电荷存储，但是存储量较小，因此A点的压降存在一定的延时，此时电压下拉单元就会下拉A点的电压至低电平，防止检测输出单元102的进线端电压较大。

可选的，如图2所示，所述电压下拉单元101包括：第一比较器IC1A；

所述第一比较器IC1A的反相输入端输入参考电压信号，所述第一比较器 IC1A的同相输入端输入所述驱动信号，所述第一比较器IC1A的输出端连接所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

可选的，所述电压下拉单元101还可以包括：电阻R4、电阻R5、电阻R3 以及电容C2。

如图2所示，所述电阻R4的一端连接所述驱动信号的输入端口，所述电阻R4的另一端通过电阻R5和电容C2构成的并联电路的一端连接所述第一比较器IC1A的同相输入端，所述电阻R5和所述电容C2构成的并联电路的另一端连接参考地；

所述第一比较器IC1A的输出端串联所述电阻R3后连接所述耦合电容C1 和所述检测电阻R1的公共点。如图2所示，所述第一比较器IC1A的输出端连接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端为所述电压下拉单元的输出端，即所述电阻R3的另一端分别连接所述检测输出单元的输入端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

可选的，如图3所示，所述检测输出单元102用于检测流经过流检测口的电流，以便判定电流是否过大。所述检测输出单元102包括：第二比较器IC1B 和上拉电阻R6。

所述第二比较器IC1B的反相输入端输入参考电压信号，所述第二比较器 IC1B的同相输入端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1 和所述检测电阻R1的公共点，所述第二比较器IC1B的输出端分别连接所述上拉电阻R6的一端以及过流检测口；所述上拉电阻R6的另一端接电源正极。

可选的，如图3所示，所述检测输出单元102还包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、以及电容C3；

所述电阻R7连接在所述第二比较器IC1B的反相输入端以及参考电压信号输入端口之间。所述电阻R8的一端连接所述第二比较器IC1B的输出端，另一端分别连接所述上拉电阻R6和所述过流检测口。所述电阻R9的一端连接在所述第二比较器的同相输入端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。所述电阻R10 的一端连接在所述第二比较器IC1B的同相输入端以及所述电阻R9之间，所述电阻R10的另一端连接参考地。所述电容C3并联在所述电阻R10的两端。

可选的，当第二比较器IC1B的同相输入端的电压大于反相输入端的参考电压信号时，第二比较器IC1B的输出端则会正常输出，过流检测口则会正常检测输出电流；当第二比较器IC1B的同相输入端的电压低于反相输入端的参考电压信号时，第二比较器IC1B的输出端则会呈现高阻态，需要说明的是，第二比较器IC1B呈现高阻态时，对功率电路的C极信号没有影响。

可选的，为了保证附图3中的A点电压在输入第二比较器IC1B之前保证电压幅值在合理范围内，可以在检测输出单元102中设置一个钳位二极管和电阻R2。所述钳位二极管连接在所述电阻R2和所述电阻R9之间，电阻R2的另一端连接分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述检测电阻R1和所述耦合电容C1的公共点。

如图3所示，所述钳位二极管包括二极管D1以及二极管D2；所述二极管 D1的阳极以及所述二极管D2的阴极连接在所述电阻R2以及所述电阻R9之间，所述二极管D1的阴极接电源正极，所述二极管D2的阳极连接参考地。

上述双功率管过流保护电路，通过设置电压下拉单元，可以在驱动信号输出低电平时，通过电压下拉单元中的电阻R3将电阻R1和耦合电容C1之间的检测输出单元的进线电压检测端的电压拉低，降低进线电压检测端的电压，当在驱动信号输出高电平时检测电路中的第二比较器处于高阻态，对功率电路中的C极信号没有影响，因此不会导致误报C极保护，从而可以解决现有技术中的过流保护电路采用高阻状态保护IGBT时，若进线电压检测端的电压未降到预设值则会引起误报C极保护的问题。

可选的，如图4所示，本实用新型还提供一种双功率管过流保护模块，包括两个上述任一实施例所述的双功率管过流保护电路，所述双功率管过流保护模块还包括：功率开关管T1和功率开关管T4，以及所述双功率管T2、T3；其中第一双功率管过流保护电路中的功率管为T2，第二双功率管过流保护电路中的功率管为T3；

所述功率管T2的集电极连接所述功率管T3的发射极并连接母线中点N线；所述功率管T2的发射极连接所述功率管T3的集电极并连接所述功率开关管 T1的发射极；

所述功率开关管T1的集电极连接正母线，所述功率开关管T1的发射极连接所述功率开关管T4的集电极，所述功率开关管T4的发射极连接负母线。

即如图4所示，双功率管可以采用一个逆阻型IGBT(RB-IGBT)，其中包括功率管T2和功率管T3。功率管T2的集电极连接第一双功率管过流保护电路中其他的元件，即图4中左端的检测电阻R1及其他的元件，功率管T3的集电极连接第二双功率管过流保护电路中其他的元件，即图4中右端的检测电阻R及其他的元件，这里图4未画第二双功率管过流保护电路中其他的元件。所述功率开关管T1的发射极连接所述功率开关管T4的集电极并与功率管T2的发射极连接。

需要说明的是，所述功率开关管T1和功率开关管T4的栅极输入控制信号，控制信号和驱动信息用于分别控制功率电路中的功率管T2(或T3)和功率开关管T4(或T1)的导通和关断，以便提供双功率管过流保护电路的工作场景。

可选的，如图4所示，功率开关管T1、功率管T2、功率管T3和功率开关管T4构成T型三电平电路，本实施例中所示的双功率管过流保护模块是T型三电平电路的横管过流保护模块。T型三电平电路的控制逻辑为T2和T4互补 (T1和T3互补)，即，当控制T4导通时，需控制T2关断，当控制T4关断时，需控制T2导通。输入参考电压信号、驱动信号以及控制信号，当控制功率管T2导通,功率开关管T4关断时，即功率管T2的驱动信号处于高电平，第一比较器输出为高阻态，则功率管T2的栅极电平高，发射极电平低，则功率管T2处于导通状态，A点电平为高电平。通过控制信号控制功率开关管T4 关断。即当功率管T2导通，功率开关管T4关断时，A点电平比较高，此时通过第一比较器、电阻R3以及耦合电容C1将A点电压快速下拉至预设值。当控制功率管T2关断,功率开关管T4导通时，即功率管T2的驱动信号处于低电平，功率管T2的栅极电平低，功率管T2处于关断状态，A点电平在预设值，通过控制信号控制功率开关管T4导通。当功率管T2关断，功率开关管T4导通时，第二比较器输出为高阻态，此时若A点电压不高于第二比较器能承受的最大电压，则对功率电路中的C极信号没有影响，因此不会导致误报C极保护。

上述双功率管过流保护模块，通过驱动信号控制功率管T2关断，通过控制信号控制功率开关管T4导通，此时检测电阻R2和耦合电容C1的之间的检测输出单元的进线电压检测端的电压过高，通过设置的电压下拉单元中的R3 将进线电压检测端的电压降低至预设值，当驱动信号控制功率管T2导通，通过控制信号控制功率开关管T4关断时，检测电路中的第二比较器处于高阻态，对功率电路中的C极信号没有影响，因此不会导致误报C极保护，从而可以解决现有技术中的过流保护电路采用高阻状态保护IGBT时，若检测点的未降到预设值则会引起误报C极保护的问题。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双功率管过流保护电路，其特征在于，包括：电压下拉单元、检测输出单元、耦合电容C1以及检测电阻R1；

所述电压下拉单元的输入端连接驱动信号，所述驱动信号用于驱动功率管，所述电压下拉单元的输出端分别连接所述检测输出单元的输入端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点，所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点作为所述检测输出单元的进线电压检测端，所述检测输出单元的输出端连接过流检测口；

所述耦合电容C1的另一端用于连接所述功率管的发射极，并将所述耦合电容C1的另一端作为所述双功率管过流保护模块的参考地GND；所述检测电阻R1的另一端用于连接所述功率管的集电极。

2.如权利要求1所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述电压下拉单元包括：第一比较器；

所述第一比较器的反相输入端输入参考电压信号，所述第一比较器的同相输入端输入所述驱动信号，所述第一比较器的输出端连接所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

3.如权利要求2所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述电压下拉单元还包括：电阻R4、电阻R5、电阻R3以及电容C2；

所述电阻R4的一端连接所述驱动信号的输出端口，所述电阻R4的另一端通过电阻R5和电容C2构成的并联电路的一端连接所述第一比较器的同相输入端，所述电阻R5和所述电容C2构成的并联电路的另一端连接参考地；

所述第一比较器的输出端串联所述电阻R3后连接所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点。

4.如权利要求1所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述检测输出单元包括：第二比较器和上拉电阻R6；

所述第二比较器的反相输入端输入参考电压信号，所述第二比较器的同相输入端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点，所述第二比较器的输出端分别连接所述上拉电阻R6的一端以及过流检测口；

所述上拉电阻R6的另一端接电源正极。

5.如权利要求4所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述检测输出单元还包括：电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电容C3；

所述电阻R7连接在所述第二比较器的反相输入端以及参考电压信号输入端口之间；

所述电阻R8的一端连接所述第二比较器的输出端，另一端分别连接所述上拉电阻R6和所述过流检测口；

所述电阻R9的一端连接在所述第二比较器的同相输入端，所述电阻R9的另一端分别连接所述电压下拉单元的输出端以及所述耦合电容C1和所述检测电阻R1的公共点；

所述电阻R10的一端连接在所述第二比较器的同相输入端以及所述电阻R9之间，所述电阻R10的另一端连接参考地；

所述电容C3并联在所述电阻R10的两端。

6.如权利要求5所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述检测输出单元还包括：钳位二极管和电阻R2；

所述钳位二极管连接在所述电阻R2和所述电阻R9之间，电阻R2的另一端连接所述检测电阻R1和所述耦合电容C1的公共点。

7.如权利要求6所述的双功率管过流保护电路，其特征在于，所述钳位二极管包括二极管D1以及二极管D2；

所述二极管D1的阳极以及所述二极管D2的阴极连接在所述电阻R2以及所述电阻R9之间，所述二极管D1的阴极接电源正极，所述二极管D2的阳极连接参考地。

8.一种双功率管过流保护模块，其特征在于，包括两个上述权利要求1-7中任一项所述的双功率管过流保护电路，所述双功率管过流保护模块还包括：功率开关管T1和功率开关管T4，以及所述双功率管T2、T3；其中第一双功率管过流保护电路中的功率管为T2，第二双功率管过流保护电路中的功率管为T3；

所述功率管T2的集电极连接所述功率管T3的发射极并连接母线中点N线；所述功率管T2的发射极连接所述功率管T3的集电极并连接所述功率开关管T1的发射极；

所述功率开关管T1的集电极连接正母线，所述功率开关管T1的发射极连接所述功率开关管T4的集电极，所述功率开关管T4的发射极连接负母线。

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