CN212627129U

CN212627129U - 一种矩阵式igbt过流保护电路

Info

Publication number: CN212627129U
Application number: CN202021427213.XU
Authority: CN
Inventors: 高慧安; 陈盼; 董冰; 杨沛宇; 胡健兵; 康凯; 杨莉
Original assignee: Shanghai Topower New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Hengtong Huichong Zhonglian Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-07-20

Abstract

一种矩阵式IGBT过流保护电路，涉及过流保护技术领域。矩阵式IGBT包括多组IGBT开关电路，每组IGBT开关电路由两个反向串联的IGBT开关组成，IGBT开关呈矩阵式分布，每个IGBT开关对应连接一个过流保护电路模块，过流保护电路模块包括IGBT驱动芯片U4、MCU、稳压二极管D2、电阻R1、R6、R9、二极管D1、电容C1、C2、12V供电电源、15V直流电源、电阻R7、R8、稳压二极管D10、电容C5。本实用新型优势损耗较小，集成了关断时过压的功能，延长了IGBT的使用寿命，矩阵式电路，减少了电流传感器的使用，降低了生产成本。

Description

一种矩阵式IGBT过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及过流保护技术领域，具体为一种矩阵式IGBT过流保护电路。

背景技术

基于目前IGBT在大电流传输技术得到广泛应用，其短路时会损坏器件本体，及引起电流过热安全的问题。短路时，温度升高会很快超出结温范围，实际过流时反应时间很快，微秒的反应时间，要求实际电路反应时间非常快，在引起损坏之前进行短路保护，要求的电路延迟很短。

现在大多数过流保护电路，是利用电流传感器检测调制后的电流输出值进行电压比较，电压比较后输出过流信号 DSP 关断 IGBT 的输入信号。此检测反应时间较慢。电流传感器检测调制后的电流输出值，增加成本，而且可靠性相对较低，有发热损耗等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种矩阵式IGBT过流保护电路，可以有效解决背景技术中的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种矩阵式IGBT过流保护电路，矩阵式IGBT包括多组IGBT开关电路，每组IGBT开关电路由两个反向串联的 IGBT开关组成，IGBT开关之间呈矩阵式分布，每个IGBT开关对应连接一个过流保护电路模块，其特征在于：过流保护电路模块包括IGBT 驱动芯片U4、MCU、稳压二极管D2、电阻R1、R6、R9、二极管D1、电容C1、C2、12V供电电源、15V直流电源、电阻R7、R8、稳压二极管D10、电容C5；

IGBT 驱动芯片U4的型号为：ACPL-335J，IGBT 驱动芯片U4的3脚连接12V供电电源的正极，IGBT 驱动芯片的1脚和3脚之间还连接有电容C1，电容C1与IGBT 驱动芯片U4的1脚连接的一端同时接地，IGBT 驱动芯片U4的12脚和16脚均连接15V直流电源的正极；

稳压二极管D2的正极连接IGBT 驱动芯片U4的13脚、负极连接IGBT 驱动芯片U4的14脚，电容C2并联在稳压二极管D2的两端，电阻R9的一端连接稳压二极管D2的负极、另一端串接二极管D1后连接对应IGBT开关的C极，电阻R1的一端连接15V直流电源的正极、另一端连接稳压二极管D2的负极；

电阻R7的一端连接IGBT 驱动芯片的11脚、另一端分别连接IGBT开关Q1的G极和稳压二极管D10的负极，稳压二极管D10的正极分别连接IGBT 驱动芯片的9脚、13脚、IGBT开关的E极，电容C5、电阻R8分别并联在稳压二极管D10的两端；

IGBT 驱动芯片的6脚连接MCU，IGBT 驱动芯片U4的8脚通过电阻R6连接MCU。

进一步地，过流保护电路模块还包括5V电源、电阻R3、电容C3，电阻R3、电容C3构成RC 滤波，所述电阻R3的一端连接5V电源的正极、另一端分别连接MCU、IGBT 驱动芯片U4的6脚以及电容C3的一端，电容C3的另一端接地。

进一步地，过流保护电路模块还包括电阻R5，电阻R5的一端连接5V电源、另一端连接IGBT 驱动芯片U4的7脚。

进一步地，过流保护电路模块还包括二极管D4、电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8，二极管D4的负极连接IGBT开关Q1的G极、正极依次串接电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8后连接IGBT开关Q1的C极。

进一步地，过流保护电路模块还包括电阻R4、电容C4，电阻R4、电容C4是构成RC滤波电路，电阻R4的一端所述5V电源的正极，另一端分别连接MCU、IGBT 驱动芯片的5脚和电容C4的一端，电容C4的另一端接地。

本实用新型的有益效果：

本实用新型优势损耗较小，集成了关断时过压的功能，延长了IGBT 的使用寿命，矩阵式电路，减少了电流传感器的使用，降低了生产成本，每个过流保护电路能实时检测经过每个 IGBT 单元的电流，当流经 IGBT 单元中的电流过大时，过流保护电路向驱动模块输出过流信号，驱动模块停止驱动 IGBT 单元运行，该反应时间短、可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为IBGT开关的电流与压降的特性曲线图；

图3为本实用新型的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开了一种矩阵式IGBT过流保护电路，矩阵式IGBT包括多组IGBT开关电路1，每组IGBT开关电路1由两个反向串联的 IGBT开关Q1组成，IGBT开关Q1之间呈矩阵式分布，每个IGBT开关Q1对应连接一个过流保护电路模块3。

如图2所示，过流保护电路模块3是利用IBGT开关电流与压降的特性曲线，不同的电流IC 对应的不同压降，过流时有明显的压降特性，如电流曲线在一定温度时，对应的电流与压降的不同值，例如VGE=15V，温度为175℃时，当IC=20A 时，VCE=1.3V ；当IC=40A 时，VCE=1.8V ；当IC=80A时，VCE=2.75V。

VGE是IGBT开关栅极与发射极的电压， IC是IGBT开关集电极的电流, VCE 是IGBT开关集电极与发射极的压降，在电流80A为时，对应的压降为2.75V ，可以利用这个参数设置过流的值，曲线表格的推算可以，可以得出大于80A 时，此时的压降在2.75V 以上。实际设置保护电流会大于80A,实际瞬间的过电流压降大于设置值，通过不同的验证，IGBT 驱动芯片检测过流的典型值电压值3.9V，最小值3.4V，最大值4.4V，选择合理的电路参数，就可以实现过流检测。

如图3所示，过流保护电路模块3包括IGBT 驱动芯片U4、MCU4、稳压二极管D2、电阻R1、R6、R9、二极管D1、电容C1、C2、12V供电电源、15V直流电源、电阻R7、R8、稳压二极管D10、电容C5。

IGBT 驱动芯片U4的型号为：ACPL-335J，IGBT 驱动芯片U4的3脚连接12V供电电源的正极，IGBT 驱动芯片的1脚和3脚之间还连接有电容C1，电容C1与IGBT 驱动芯片U4的1脚连接的一端同时接地，IGBT 驱动芯片U4的12脚和16脚均连接15V直流电源的正极。

稳压二极管D2的正极连接IGBT 驱动芯片U4的13脚、负极连接IGBT 驱动芯片U4的14脚，电容C2并联在稳压二极管D2的两端，电阻R9的一端连接稳压二极管D2的负极、另一端串接二极管D1后连接对应IGBT开关的C极，电阻R1的一端连接15V直流电源的正极、另一端连接稳压二极管D2的负极。

电阻R7的一端连接IGBT 驱动芯片的11脚、另一端分别连接IGBT开关Q1的G极和稳压二极管D10的负极，稳压二极管D10的正极分别连接IGBT 驱动芯片的9脚、13脚、IGBT开关的E极，电容C5、电阻R8分别并联在稳压二极管D10的两端。

IGBT 驱动芯片的6脚连接MCU4，IGBT 驱动芯片U4的8脚通过电阻R6连接MCU4。

在IGBT开关Q1启动期间，电阻R1、电容C2 构成延迟电路，允许IGBT开关Q1的集电极C的电压低于阈值电压，时间大约7us，开启时不监测过流发生，IGBT 驱动芯片U4 的14脚为低电平信号，15V供电电源向电容C2充电，随着电容C2 充电完成，IGBT 驱动芯片U4的14脚变化为高电平，指示电源15V上电完成，在开启或闭合IGBT Q1的瞬间时，稳压二极管D2起到稳压作用，使IGBT 驱动芯片U4 的14脚电压不高于15V 。

IGBT 开关Q1开启后发生过流时，IGBT 驱动芯片U4的14脚监测到IGBT开关Q1的集电极C的电压升高并大于阈值电压，IGBT 驱动芯片U4内部会启动软开关，通过降低IGBT 驱动芯片U4的11脚电平，缓慢关闭IGBT开关Q1，减小电流损耗，同时IGBT开关Q1内部的光耦电路拉低6脚电平、并向MCU 4发出信号，通过MCU4 进一步控制IGBT 驱动芯片U4的8脚光耦，使IGBT 驱动芯片U4的11脚输出低电平，断开IGBT开关Q1，从而在最大的损耗损坏之前把电流关断。

电阻R7、R8、稳压二极管D10、电容C5与IGBT 驱动芯片的11脚构成IGBT驱动电路，用于驱动IGBT开关的通断，其中电阻 R7为IGBT 限流驱动电阻，稳压二极管D10用于稳压、防止电压高于IGBT开关栅极G的电压，电容C5 为滤波电压去除高频干扰，电阻R8 为下拉泄放电阻，确保在关闭时能可靠断开IGBT开关Q1。

过流保护电路模块3还包括5V电源、电阻R3、电容C3，电阻R3、电容C3构成RC 滤波，所述电阻R3的一端连接5V电源的正极、另一端分别连接MCU4、IGBT 驱动芯片U4的6脚以及电容C3的一端，电容C3的另一端接地。

当IGBT 驱动芯片U4的14脚电压超过15V时，通过内部光耦拉低IGBT 驱动芯片U4的6脚电平并将信号发送至MCU，通过MCU 进一步控制IGBT 驱动芯片U4的8脚光耦，使IGBT驱动芯片U4的11脚输出低电平，断开IGBT开关Q1。

过流保护电路模块3还包括电阻R5，电阻R5的一端连接5V电源、另一端连接IGBT驱动芯片U4的7脚，用于控制IGBT 驱动芯片U4的7脚内部光电二极管。

过流保护电路模块3还包括二极管D4、电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8，二极管D4的负极连接IGBT开关Q1的G极、正极依次串接电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8后连接IGBT开关Q1的C极。

在IGBT开关Q1关断而C极出现过压时，电压经过D3、D5、D6、D7、D8 、D4、R2、R8、D10稳压，反馈到IGBT Q1的G脚出现高电平，从而开启IGBT开关 Q1 ，保护IGBT开关 Q1的C极不受电压冲击。

其中二极管D4、电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8具体设计参考依赖于实际电路的电压值，如果关断过程中过压产生，二极管D4的电位为高电平，瞬间开启IGBT开关Q1，使IGBT开关Q1的VCE 间过压减低，减少损耗，或过压冲击。

过流保护电路模块3还包括电阻R4、电容C4，电阻R4、电容C4是构成RC滤波电路，电阻R4的一端所述5V电源的正极，另一端分别连接MCU4、IGBT 驱动芯片的5脚和电容C4的一端，电容C4的另一端接地。

若IGBT 驱动芯片U4的12脚发生欠压时， IGBT 驱动芯片U4的11脚输出低电平断开IGBT开关Q1，同时IGBT 驱动芯片U4的5脚延迟10us向MCU 发出IGBT开关供电电源电压不足的信号；如果电压恢复正常，即IGBT开关Q1的12脚电压高于11.2V时，IGBT 驱动芯片U4的11脚延迟10us 开启IGBT开关Q1，同时IGBT 驱动芯片U4的11脚输出高电平指示IGBT 开关电源恢复正常。

Claims

1.一种矩阵式IGBT过流保护电路，矩阵式IGBT包括多组IGBT开关电路，每组IGBT开关电路由两个反向串联的 IGBT开关组成，IGBT开关之间呈矩阵式分布，每个IGBT开关对应连接一个过流保护电路模块，其特征在于：过流保护电路模块包括IGBT 驱动芯片U4、MCU、稳压二极管D2、电阻R1、R6、R9、二极管D1、电容C1、C2、12V供电电源、15V直流电源、电阻R7、R8、稳压二极管D10、电容C5；

2.根据权利要求1所述的一种矩阵式IGBT过流保护电路，其特征在于：过流保护电路模块还包括5V电源、电阻R3、电容C3，电阻R3、电容C3构成RC 滤波，所述电阻R3的一端连接5V电源的正极、另一端分别连接MCU、IGBT 驱动芯片U4的6脚以及电容C3的一端，电容C3的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种矩阵式IGBT过流保护电路，其特征在于：过流保护电路模块还包括电阻R5，电阻R5的一端连接5V电源、另一端连接IGBT 驱动芯片U4的7脚。

4.根据权利要求3所述的一种矩阵式IGBT过流保护电路，其特征在于：过流保护电路模块还包括二极管D4、电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8，二极管D4的负极连接IGBT开关Q1的G极、正极依次串接电阻R2、稳压二极管D3、D5、D6、D7、D8后连接IGBT开关Q1的C极。

5.根据权利要求4所述的一种矩阵式IGBT过流保护电路，其特征在于：过流保护电路模块还包括电阻R4、电容C4，电阻R4、电容C4是构成RC滤波电路，电阻R4的一端所述5V电源的正极，另一端分别连接MCU、IGBT 驱动芯片的5脚和电容C4的一端，电容C4的另一端接地。