CN217063264U - Igbt保护电路及逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT保护电路及逆变器，包括过压检测电路和开关控制电路。过压检测电路的电压检测端用于与IGBT的集电极连接，过压检测电路的输出端用于输出过压检测信号。开关控制电路具有信号输入端和输出端，开关控制电路的信号输入端用于接入IGBT的PWM驱动信号，开关控制电路的输出端与过压检测电路的电压检测端连接。开关控制电路，用于根据IGBT的PWM驱动信号，控制过压检测电路在IGBT导通时检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号。本实用新型通过开关控制电路检测IGBT的导通压降，在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以及时关断IGBT，避免损坏电路。

Description

IGBT保护电路及逆变器

技术领域

本实用新型涉及IGBT领域，具体涉及一种IGBT保护电路及逆变器。

背景技术

光伏逆变器、光储一体机、储能变流器等作为新能源的DC-AC的核心部件，在大功率逆变器中必然会使用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）模块作为主拓扑中的开关器件。由于逆变器在实际使用过程中存在桥臂短路、负载短路等异常状况，进而使得IGBT模块过流导致IGBT模块温升过高引起模块损坏。为了保护IGBT模块不受损坏，一般都会额外增加检测电路，当IGBT模块出现过流时，关断IGBT模块。具有保护电路的检测电路一般都会集成到驱动光耦中。

集成保护功能的驱动光耦可选择种类不多，且相较于功能单一的驱动光耦价格较高。在竞争激烈的新能源领域，单位发电价格越来越低的状态下必然会要求降低整机成本，其中驱动光耦作为主要器件必然需要降低自身成本；另外集成驱动光耦的过流电压阈值由光耦决定不能根据外部实际电路调节，灵活度较差。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是，提供一种IGBT保护电路及逆变器，旨在实现检测IGBT过流。

为实现上述目的，本实用新型提出一种IGBT保护电路，所述IGBT保护电路包括：

过压检测电路，所述过压检测电路具有电压检测端和输出端，所述过压检测电路的电压检测端用于与IGBT的集电极连接，所述过压检测电路的输出端用于输出过压检测信号；

开关控制电路，所述开关控制电路具有信号输入端和输出端，所述开关控制电路的信号输入端用于接入IGBT的PWM驱动信号，所述开关控制电路的输出端与所述过压检测电路的输出端连接；

所述开关控制电路，用于根据IGBT的PWM驱动信号，控制所述过压检测电路在IGBT导通时检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号。

在一实施例中，所述过压检测电路包括电压采集电路和比较电路，所述比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述电压采集电路的输入端为所述过压检测电路的电压检测端，所述电压采集电路的输出端与所述比较电路的第一输入端连接，所述比较电路的第二输入端用于接入电压为所述预设电压值的参考电压信号；

所述电压采集电路采集IGBT的导通压降；

所述比较电路用于将电压采集电路采集到的电压信号的电压值与所述预设电压值进行比较，并在采集到的电压信号的电压值大于预设电压值时，输出过压信号。

在一实施例中，所述电压采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一二极管；

所述第一电阻的输入端用于接入供电电压，所述第一电阻的输出端与所述第二电阻的输入端连接，所述第二电阻的输出端用于与IGBT的参考地连接；

所述第三电阻的输入端与所述第一电阻的输出端连接，所述第三电阻的输出端与所述第一二极管的输入端连接，所述第一二极管的输出端用于与IGBT的集电极连接；

所述第一电阻的输出端与所述第二电阻的输入端构成所述电压采集电路的输出端。

在一实施例中，所述开关控制电路包括开关电路；

所述开关电路具有输入端和输出端，所述开关电路的输入端为所述开关控制电路的信号输入端，所述开关电路的输出端为所述开关控制电路的输出端；

所述开关电路用于根据IGBT的PWM驱动信号导通或者不导通。

在一实施例中，所述开关电路包括MOS管；

所述MOS管的受控端为所述开关电路的输入端，所述MOS管的输入端与所述比较电路的第一输入端连接，所述MOS管的输入端还与所述第一电阻的输出端连接，所述MOS管的输出端接地。

在一实施例中，所述开关电路包括第二二极管；

所述二极管的阳极为所述开关电路的输入端，所述二极管的阴极为所述开关电路的输出端。

在一实施例中，所述IGBT保护电路还包括延时电路；

所述延时电路的输入端与所述过压检测电路的电压检测端连接，所述延时电路的输出端接地，所述延时电路用于对所述过压检测电路的电压检测端接收到的电压信号进行延时。

在一实施例中，所述延时电路包括第一电容；

所述第一电容的第一端与所述过压检测电路的电压检测端连接，所述第一电容的第二端接地。

本实用新型还提供一种逆变器，包括控制器、IGBT和如上所述的IGBT保护电路；

所述控制器具有输入端和输出端，所述IGBT受控端，所述IGBT保护电路具有电压检测端和输出端；

所述IGBT保护电路的电压检测端与所述IGBT的集电极连接，所述IGBT保护电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述IGBT的受控端连接；

所述IGBT保护电路用于在所述IGBT导通时检测所述IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，所述控制器用于在接受到所述过压检测信号时控制所述IGBT关断。

本实用新型通过开关控制电路在IGBT处于导通状态时检测IGBT的导通压降，在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以及时关断IGBT，避免损坏电路。在IGBT处于关断状态时，IGBT不工作，也就不需要检测IGBT的导通压降。本实用新型通过简单地电路结构实现了IGBT过流检测，可以替代集成过流保护功能的驱动光耦，既可以降低光耦的选型难度，又可以降低物料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本现有技术中集成Desat功能的驱动光耦的结构示意图；

图2为本实用新型IGBT保护电路的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例IGBT保护电路的结构示意图；

图4为图3中IGBT保护电路的等效示意图；

图5为本实用新型另一实施例IGBT保护电路的结构示意图。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1，在IGBT模块中一般都会有保护IGBT模块的Desat电路（退饱和电路）。当IGBT模块出现过流时，由于IGBT本身特性会引起T_C脚的电压随着电流的升高而升高。故在检测到IGBT模块的T_C脚的电压高于预设电压值时认为出现过流，进而关断IGBT模块。Desat电路一般集成在驱动光耦中。但是可以实现上述保护功能的驱动光耦价格较高，且过流电压阈值由光耦决定不能根据外部实际电路调节，灵活度较差。

为解决上述问题，参照图2，本实用新型提出一种IGBT保护电路，IGBT保护电路包括开关控制电路10和过压检测电路20。

过压检测电路20具有电压检测端和输出端，过压检测电路20的电压检测端用于与IGBT的集电极连接，过压检测电路20的输出端用于输出过压检测信号。

开关控制电路10具有信号输入端和输出端，开关控制电路10的信号输入端用于接入IGBT的PWM驱动信号，开关控制电路10的输出端与过压检测电路20的输出端连接。

开关控制电路10，用于根据IGBT的PWM驱动信号，控制过压检测电路20在IGBT导通时检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号。

当PWM驱动信号为高电平时，IGBT处于导通状态。开关控制电路10不导通，供电电压通过IGBT的集电极向IGBT供电。此时过压检测电路20检测IGBT的导通压降，即IGBT在导通时的集电极和发射极之间的电压，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以关断IGBT。

当PWM驱动信号为低电平时，IGBT处于关断状态。开关控制电路10导通，将过压检测电路20的电压检测端的电压拉低。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

本实用新型通过开关控制电路在IGBT处于导通状态时检测IGBT的导通压降，在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以及时关断IGBT，避免损坏电路。在IGBT处于关断状态时，IGBT不工作，也就不需要检测IGBT的导通压降。本实用新型通过简单地电路结构实现了IGBT过流检测，可以替代集成过流保护功能的驱动光耦，既可以降低光耦的选型难度，又可以降低物料成本。

在一实施例中，过压检测电路20包括电压采集电路21和比较电路22，比较电路22具有第一输入端、第二输入端和输出端。

电压采集电路21的输入端为过压检测电路20的电压检测端，电压采集电路21的输出端与比较电路22的第一输入端连接，比较电路22的第二输入端用于接入电压为预设电压值的参考电压信号。

电压采集电路21采集IGBT的导通压降。

比较电路22用于将电压采集电路21采集到的电压信号的电压值与预设电压值进行比较，并在采集到的电压信号的电压值大于预设电压值时，输出过压信号。比较电路22可以选用比较器。

本实用新型通过电压采集电路21采集IGBT的导通压降，通过比较电路22在采集到的电压值大于预设电压值时输出过压信号，稳定性高，响应速度快，过流时可以及时输出过压信号关断IGBT。

参照图3和图5，在一实施例中，电压采集电路21包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一二极管D1。

第一电阻R1的输入端用于接入供电电压，第一电阻R1的输出端与第二电阻R2的输入端连接，第二电阻R2的输出端用于与IGBT的参考地连接。

第三电阻R3的输入端与第一电阻R1的输出端连接，第三电阻R3的输出端与第一二极管D1的输入端连接，第一二极管D1的输出端用于与IGBT的集电极连接。

第一电阻R1的输出端与第二电阻R2的输入端构成电压采集电路21的输出端。

当PWM驱动信号为高电平时，IGBT处于导通状态。开关电路11不导通，供电电压经过第一电阻R1、第三电阻R3和第一二极管D1向IGBT供电。比较电路22的第一输入端的电压为第二电阻R2输入端的电压。当IGBT发生过流时，IGBT的集电极（T_C脚）的电压上升，第一二极管D1截止，供电电压通过第一电阻R1输出至比较电路22第一输入端。当比较电路22第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，输出低电平，以关断IGBT。

当PWM驱动信号为低电平时，IGBT处于关断状态。开关电路11导通，将比较电路22第一输入端的电压拉低，比较电路22输出高电平。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

通过调整第二电阻R2的阻值可以调整过流电压的触发阈值。增大第二电阻R2的阻值，过流电压的触发阈值增大；减小第二电阻R2的阻值，过流电压的触发阈值减小。

本实施例通过将直接检测IGBT的导通压降转换为检测第二电阻R2输入端的电压，便于检测。通过调整第二电阻R2的阻值可以灵活调整过流电压的触发阈值，灵活性更高。

在一实施例中，开关控制电路10包括开关电路11。

开关电路11具有输入端和输出端，开关电路11的输入端为开关控制电路10的信号输入端，开关电路11的输出端为开关控制电路10的输出端。

开关电路11用于根据IGBT的PWM驱动信号导通或者不导通。

当PWM驱动信号为高电平时，IGBT处于导通状态。开关电路11不导通，供电电压通过IGBT的集电极向IGBT供电。此时过压检测电路20检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以关断IGBT。

当PWM驱动信号为低电平时，IGBT处于关断状态。开关电路11导通，将过压检测电路20的电压检测端的电压拉低，比较电路22输出高电平。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

参照图3，在一实施例中，开关电路11包括MOS管Q1。

MOS管Q1的受控端为开关电路11的输入端，MOS管Q1的输入端与比较电路22的第一输入端连接，MOS管Q1的输入端还与第一电阻R1的输出端连接，MOS管Q1的输出端接地。

上述MOS管Q1可以选用PMOS管。

当PWM驱动信号为高电平时，PMOS管的受控端和输出端均为高电平，PMOS管关断，供电电压通过IGBT的集电极向IGBT供电。此时过压检测电路20检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以关断IGBT。

参照图,4，在一实施例中，电压采集电路21还包括第四电阻R4和第五电阻R5。由于第二电阻R2并在在IGBT的集电极和发射极两端，第二电阻R2两端的电压等于IGBT的导通压降、第三电阻R3电压和第一二极管D1电压之和。即检测IGBT的导通压降转换为检测第二电阻R2输入端的电压。第二电阻R2输入端电压具体计算公式如下：

其中，

为开关控制电路10信号输入端的电压，

为第一二极管D1两端的电压，

为IGBT的导通压降。

当PWM驱动信号为低电平时，PMOS管的受控端为低电平，PMOS管的输出端为高电平，PMOS管导通，将过压检测电路20的电压检测端的电压拉到参考地，比较电路22输出高电平。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

本实施例通过MOS管Q1在PWM驱动信号的控制下导通或者不导通，进而控制过压检测电路20的电压检测端的电压信号，实现在IGBT处于导通状态时检测IGBT的导通压降。

参照图5，在一实施例中，开关电路11包括第二二极管D2。

二极管的阳极为开关电路11的输入端，二极管的阴极为开关电路11的输出端。

当PWM驱动信号为高电平时，二极管的阳极和阴极均为高电平，二极管不导通，供电电压通过IGBT的集电极向IGBT供电。此时过压检测电路20检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以关断IGBT。

当PWM驱动信号为低电平时，二极管的阳极为低电平，二极管的阴极为高电平，二极管导通。由于比较电路22的参考地的电压大于二极管阳极的电压，这里需要通过第一电阻R1和第二电阻R2分压，以使比较电路22第一输入端的电压为0V，比较器输出高电平。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

在选择MOS管Q1控制比较电路22第一输入端的电压时，需要考虑MOS的选型（Vgs、Vds耐压、Ic电流等）、价格，以及MOS的外围导通电路是否满足MOS的开通关断要求，电路较为复杂。本实施例选用二极管来代替MOS器件实现对比较器端口电压的控制，电路结构更简单。

在一实施例中，IGBT保护电路还包括延时电路。

延时电路的输入端与过压检测电路20的电压检测端连接，延时电路的输出端接地，延时电路用于对过压检测电路20的电压检测端接收到的电压信号进行延时。

过压检测电路20的电压检测端的电压存在波动时很容易误触发过压检测电路20输出过压信号。本实施例通过延时电路在过压检测电路20的电压检测端的电压过大时进行延时，避免频繁误触发，增加了过压检测电路20的稳定性。

在一实施例中，延时电路包括第一电容C1。

第一电容C1的第一端与过压检测电路20的电压检测端连接，第一电容C1的第二端接地。

本实施例通过第一电容C1在过压检测电路20的电压检测端的电压过大时进行延时，避免频繁误触发，增加了过压检测电路20的稳定性。同时对过压检测电路20的电压检测端的电压极性滤波。

下面将结合附图具体阐述本实用新型的原理：

当PWM驱动信号为高电平时，IGBT处于导通状态。开关电路11不导通，供电电压分为两路输出，第一路为第一电阻R1→第三电阻R3→第一二极管D1→IGBT的集电极（T_C脚），第二路为第一电阻R1→第二电阻R2→参考地。比较电路22的第一输入端的电压为第二电阻R2输入端的电压。当IGBT发生过流时，IGBT的集电极（T_C脚）的电压上升，第一二极管D1截止，供电电压通过第一电阻R1输出至比较电路22第一输入端。第一电容C1对输出至比较电路22第一输入端进行延时，以避免误触发。当比较电路22第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，输出低电平，以关断IGBT。

当PWM驱动信号为低电平时，IGBT处于关断状态。开关电路11导通，将比较电路22第一输入端的电压拉低，比较电路22输出高电平。即在IGBT关断期间，过压检测电路20不检测IGBT的导通压降。

本实用新型通过开关控制电路10在IGBT处于导通状态时检测IGBT的导通压降，在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，以及时关断IGBT，避免损坏电路。在IGBT处于关断状态时，IGBT不工作，也就不需要检测IGBT的导通压降。本实用新型通过简单地电路结构实现了IGBT过流检测，可以替代集成过流保护功能的驱动光耦，既可以降低光耦的选型难度，又可以降低物料成本。

本实用新型还提出一种逆变器，包括控制器、IGBT和如上所述的IGBT保护电路。

所述控制器具有输入端和输出端，所述IGBT具有受控端，所述IGBT保护电路具有电压检测端和输出端。

所述IGBT保护电路的电压检测端与所述IGBT的集电极连接，所述IGBT保护电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述IGBT的受控端连接。

所述IGBT保护电路用于在所述IGBT导通时检测所述IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，所述控制器用于在接受到所述过压检测信号时控制所述IGBT关断。

可以理解的是，由于在上述逆变器中使用了上述IGBT保护电路，因此，该逆变器的实施例包括上述IGBT保护电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种IGBT保护电路，其特征在于，所述IGBT保护电路包括：

过压检测电路，所述过压检测电路具有电压检测端和输出端，所述过压检测电路的电压检测端用于与IGBT的集电极连接，所述过压检测电路的输出端用于输出过压检测信号；

所述过压检测电路包括电压采集电路和比较电路，所述比较电路具有第一输入端、第二输入端和输出端；

所述电压采集电路的输入端为所述过压检测电路的电压检测端，所述电压采集电路的输出端与所述比较电路的第一输入端连接，所述比较电路的第二输入端用于接入电压为预设电压值的参考电压信号；

所述电压采集电路采集IGBT的导通压降；

所述比较电路用于将电压采集电路采集到的电压信号的电压值与所述预设电压值进行比较，并在采集到的电压信号的电压值大于预设电压值时，输出过压检测信号；

开关控制电路，所述开关控制电路具有信号输入端和输出端，所述开关控制电路的信号输入端用于接入IGBT的PWM驱动信号，所述开关控制电路的输出端与所述过压检测电路的输出端连接；

所述开关控制电路，用于根据IGBT的PWM驱动信号，控制所述过压检测电路在IGBT导通时检测IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号。

2.如权利要求1所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述电压采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一二极管；

所述第一电阻的输入端用于接入供电电压，所述第一电阻的输出端与所述第二电阻的输入端连接，所述第二电阻的输出端用于与IGBT的参考地连接；

所述第三电阻的输入端与所述第一电阻的输出端连接，所述第三电阻的输出端与所述第一二极管的输入端连接，所述第一二极管的输出端用于与IGBT的集电极连接；

所述第一电阻的输出端与所述第二电阻的输入端构成所述电压采集电路的输出端。

3.如权利要求2所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述开关控制电路包括开关电路；

所述开关电路具有输入端和输出端，所述开关电路的输入端为所述开关控制电路的信号输入端，所述开关电路的输出端为所述开关控制电路的输出端；

所述开关电路用于根据IGBT的PWM驱动信号导通或者不导通。

4.如权利要求3所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述开关电路包括MOS管；

所述MOS管的受控端为所述开关电路的输入端，所述MOS管的输入端与所述比较电路的第一输入端连接，所述MOS管的输入端还与所述第一电阻的输出端连接，所述MOS管的输出端接地。

5.如权利要求3所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第二二极管；

所述二极管的阳极为所述开关电路的输入端，所述二极管的阴极为所述开关电路的输出端。

6.如权利要求1所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述IGBT保护电路还包括延时电路；

所述延时电路的输入端与所述过压检测电路的电压检测端连接，所述延时电路的输出端接地，所述延时电路用于对所述过压检测电路的电压检测端接收到的电压信号进行延时。

7.如权利要求6所述的IGBT保护电路，其特征在于，所述延时电路包括第一电容；

所述第一电容的第一端与所述过压检测电路的电压检测端连接，所述第一电容的第二端接地。

8.一种逆变器，其特征在于，包括控制器、IGBT和如权利要求1~7任一项所述的IGBT保护电路；

所述控制器具有输入端和输出端，所述IGBT受控端，所述IGBT保护电路具有电压检测端和输出端；

所述IGBT保护电路的电压检测端与所述IGBT的集电极连接，所述IGBT保护电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述IGBT的受控端连接；

所述IGBT保护电路用于在所述IGBT导通时检测所述IGBT的导通压降，并在检测到的电压值大于预设电压值时输出过压检测信号，所述控制器用于在接受到所述过压检测信号时控制所述IGBT关断。

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