CN220234179U - 一种过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于保护电路技术领域，其目的在于提供一种过流保护电路。所采用的技术方案是：一种过流保护电路，包括待测IGBT、防护IGBT、电流线圈、反馈电路和栅极驱动电路，所述防护IGBT的功率大于待测IGBT的功率；所述待测IGBT、所述防护IGBT和所述电流线圈依次连接，所述反馈电路的输入端与所述电流线圈电连接，所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接，所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT的栅极电连接。本实用新型可为待测IGBT提供过流保护，避免待测IGBT器件烧坏，利于提升IGBT的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于保护电路技术领域，具体涉及一种过流保护电路。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是由双极型三极管(Bipolar Junction Transistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(Metal OxideSemiconductor，MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)的高输入阻抗和电力晶体管(Giant Transistor，GTR)的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统。目前，随着国内对消费类电子需求的日益旺盛，IGBT器件得以广泛应用。
但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
在对IGBT器件进行测试的过程中，由于IGBT是高频开关器件，其芯片内部的电流密度较大，当IGBT器件中流过大于额定值的电流，即出现过流问题时，极易使IGBT器件管芯结温升高，导致器件烧坏。
实用新型内容
为了至少在一定程度上解决上述技术问题，本实用新型提供了一种过流保护电路。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种过流保护电路，包括待测IGBT、防护IGBT、电流线圈、反馈电路和栅极驱动电路，所述防护IGBT的功率大于待测IGBT的功率；所述待测IGBT的发射极连接有电源电路的正极接线端，所述待测IGBT的集电极与所述防护IGBT的发射极连接，所述防护IGBT的集电极连接所述电源电路的负极接线端，所述待测IGBT的发射极和所述电源电路的正极接线端的结合点通过所述电流线圈与所述反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接，所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT的栅极电连接。
在一个可能的设计中，所述反馈电路包括依次与所述电流线圈电连接的比较模块和触发模块，所述触发模块的输出端作为所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接。
在一个可能的设计中，所述比较模块包括比较器、第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容和第二电容；比较器的同相输入端通过第一电阻与所述电流线圈电连接，比较器的反相输入端通过第二电阻连接有基准电流，比较器的输出端作为所述比较模块的输出端与所述触发模块电连接，比较器的正电源端电连接有+5V电源，比较器的正电源端依次通过第一二极管和第二二极管接地，第一二极管和第二二极管的结合点与比较器的同相输入端电连接，比较器的正电源端还通过第一电容接地，比较器的负电源端通过第二电容接地，比较器的负电源端和接地端均接地。
在一个可能的设计中，所述触发模块包括74AC74型触发器触发器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第三电容；触发器的3脚通过第三电阻与所述比较模块的输出端电连接，触发器的1脚依次通过第四电阻和第三电容接地，第四电阻和第三电容的结合点以及触发器的14脚均电连接有+5V电源，触发器的2脚通过第五电阻接地，触发器的5脚通过第六电阻与所述栅极驱动电路的输入端电连接，触发器的6脚为故障检测脚，触发器的7脚接地。
在一个可能的设计中，所述栅极驱动电路包括依次与所述反馈电路的输出端电连接的逻辑模块、光耦模块和栅极驱动模块，所述光耦模块和栅极驱动模块均外接有浮动电源模块，所述栅极驱动模块的输出端作为所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT的栅极电连接。
在一个可能的设计中，所述逻辑模块包括MC74AC08型逻辑门芯片和第四电容；逻辑门芯片的1脚作为所述栅极驱动电路的输入端与所述反馈电路的输出端电连接，逻辑门芯片的1脚还通过第四电容接地，逻辑门芯片的3脚作为所述逻辑模块的输出端与所述光耦模块连接。
在一个可能的设计中，所述光耦模块包括FOD3182型光电耦合器、第五电容和第七电阻；光电耦合器的2脚分别通过第五电容和第七电阻电连接有+5V电源，光电耦合器的3脚与所述逻辑模块的输出端电连接，光电耦合器的5脚电连接有-10V浮动电源，光电耦合器的8脚电连接有15V浮动电源，光电耦合器的6脚和7脚的结合点作为所述光耦模块的输出端与所述栅极驱动模块电连接。
在一个可能的设计中，所述栅极驱动模块包括IXDN630YI型栅极驱动器、第八电阻和第九电阻；栅极驱动器的1脚电连接有15V浮动电源，栅极驱动器的2脚通过第八电阻与所述防护IGBT的栅极电连接，栅极驱动器的3脚电连接有-10V浮动电源，栅极驱动器的4脚通过第九电阻与所述光耦模块的输出端电连接。
本实用新型的有益效果集中体现在，可为待测IGBT提供过流保护，避免待测IGBT器件烧坏，利于提升IGBT的使用寿命。具体地，本实用新型在实施过程中，电流线圈、待测IGBT与防护IGBT依次连接，反馈电路可通过电流线圈实时检测待测IGBT所在主回路的电流大小，再将该检测电流反馈至栅极驱动电路；防护IGBT的栅极输入由栅极驱动电路控制，其可被看作一个快速开关，栅极驱动电路可通过控制防护IGBT的栅极的输出从而控制防护IGBT的闭合与关断，由此，本实用新型中，栅极驱动电路在检测电流达到阈值时停止给防护IGBT的栅极供源，此时防护IGBT的栅极近似为0，处于关断状态，待测IGBT随即断路，从而实现在待测IGBT出现过流问题时，及时切断待测IGBT供能的作用，为待测IGBT快速提供保护。
本实用新型既可在待测IGBT进行动态测试的过程中，为其提供过流保护的作用,以确保在待测IGBT器件在测试时不被打坏；另外，在待测IGBT的实际应用过程中，也可以通过外搭由防护IGBT、反馈电路和栅极驱动电路构成的电路回路来对其进行过流保护，具备推广使用的价值。
附图说明
图1是实施例1中过流保护电路的控制框图；
图2是实施例1中过流保护电路的电路原理图；
图3是实施例1中反馈电路的电路原理图；
图4是实施例1中栅极驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
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，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
实施例1：
如图1和2所示，本实施例提供了一种过流保护电路，包括待测IGBT Q3、防护IGBTQ5、电流线圈CC、反馈电路和栅极驱动电路，所述防护IGBT Q5的功率大于待测IGBT Q3的功率；所述待测IGBT Q3的发射极连接有电源电路的正极接线端，所述待测IGBT Q3的集电极与所述防护IGBT Q5的发射极连接，所述防护IGBT Q5的集电极连接所述电源电路的负极接线端，所述待测IGBT Q3的发射极和所述电源电路的正极接线端的结合点通过所述电流线圈CC与所述反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接，所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT Q5的栅极电连接。
本实施例可为待测IGBT Q3提供过流保护，避免待测IGBT Q3器件烧坏，利于提升IGBT的使用寿命。具体地，本实施例在实施过程中，电流线圈CC、待测IGBT Q3与防护IGBTQ5依次连接，反馈电路可通过电流线圈CC实时检测待测IGBT Q3所在主回路的电流大小，再将该检测电流反馈至栅极驱动电路；防护IGBT Q5的栅极输入由栅极驱动电路控制，其可被看作一个快速开关，栅极驱动电路可通过控制防护IGBT Q5的栅极的输出从而控制防护IGBT Q5的闭合与关断，由此，本实施例中，栅极驱动电路在检测电流达到阈值时停止给防护IGBT Q5的栅极供源，此时防护IGBT Q5的栅极近似为0，处于关断状态，待测IGBT Q3随即断路，从而实现在待测IGBT Q3出现过流问题时，及时切断待测IGBT Q3供能的作用，为待测IGBT Q3快速提供保护。
本实施例中，待测IGBT Q3采用SKM400GA123D型IGBT，防护IGBT Q5采用FZ800R33KF2C型IGBT，防护IGBT Q5的功率大于待测IGBT Q3，用于连接待测IGBT Q3与电源电路，可以被看作待测IGBT Q3的快速开关。
本实施例中，所述反馈电路包括依次与所述电流线圈CC电连接的比较模块和触发模块，所述触发模块的输出端作为所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接。需要说明的是，比较模块用于接收来自电流线圈CC的检测电流ID_BUFF，并将其与预设的基准电流V_R进行比较，当检测电流ID_BUFF达到基准电流V_R的大小时，比较模块反馈一个由低到高变化的信号给触发模块，触发模块接收到该信号后，其输出信号就会由高变低，此时栅极驱动电路可接收到低电平，停止给防护IGBT Q5的栅极供源，即防护IGBT Q5的栅极近似为0V，处于关断状态，由于待测IGBT Q3与防护IGBT Q5依次连接，电源停止继续供能至到待测IGBT Q3，待测IGBT Q3断开。
具体地，如图3所示，本实施例中，所述比较模块包括比较器U15、第一电阻R92、第二电阻R93、第一二极管D16、第二二极管D15、第一电容C51和第二电容C52；比较器U15的同相输入端通过第一电阻R92与所述电流线圈CC电连接，比较器U15的反相输入端通过第二电阻R93连接有基准电流V_R，比较器U15的输出端作为所述比较模块的输出端与所述触发模块电连接，比较器U15的正电源端电连接有+5V电源，比较器U15的正电源端依次通过第一二极管D16和第二二极管D15接地，第一二极管D16和第二二极管D15的结合点与比较器U15的同相输入端电连接，比较器U15的正电源端还通过第一电容C51接地，比较器U15的负电源端通过第二电容C52接地，比较器U15的负电源端和接地端均接地。
本实施例中，所述触发模块包括74AC74型触发器U16、第三电阻R94、第四电阻R95、第五电阻R4、第六电阻R98和第三电容C53；触发器U16的3脚通过第三电阻R94与所述比较模块的输出端电连接，触发器U16的1脚依次通过第四电阻R95和第三电容C53接地，第四电阻R95和第三电容C53的结合点以及触发器U16的14脚均电连接有+5V电源，触发器U16的2脚通过第五电阻R4接地，触发器U16的5脚通过第六电阻R98与所述栅极驱动电路的输入端电连接，触发器U16的6脚为故障检测脚，触发器U16的7脚接地。
本实施例中，所述栅极驱动电路包括依次与所述反馈电路的输出端电连接的逻辑模块、光耦模块和栅极驱动模块，所述光耦模块和栅极驱动模块均外接有浮动电源模块，所述栅极驱动模块的输出端作为所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT Q5的栅极电连接。需要说明的是，光耦模块和栅极驱动模块均外接有浮动电源模块，以此来隔绝来自GND的干扰而导致的防护IGBT Q5误开启的问题。本实施例在实施过程中，逻辑模块用于接收来自反馈电路的触发模块输出的信号S_OC，并对其进行逻辑转换以得到逻辑转换后信号，再将逻辑转换后信号输入光耦模块的输入端，若该逻辑转换后信号为高电平，则栅极驱动模块的输出信号PIGBT_VG为-10V，反之输出15V的开启电压，以此控制防护IGBT Q5是否断开，进而实现切断电源和待测IGBT Q3的连接的作用，实现过流保护的目的。在此过程中，光耦模块起到隔绝逻辑模块和栅极驱动模块的作用，避免栅极驱动模块受损。
具体地，如图4所示，本实施例中，所述逻辑模块包括MC74AC08型逻辑门芯片U2A和第四电容C17；逻辑门芯片U2A的1脚作为所述栅极驱动电路的输入端与所述反馈电路的输出端电连接，逻辑门芯片U2A的1脚还通过第四电容C17接地，逻辑门芯片U2A的2脚用于接入使能控制信号，逻辑门芯片U2A的3脚作为所述逻辑模块的输出端与所述光耦模块连接。本实施例中，逻辑门芯片U2A的3脚还引出有测试点TP8，用于后续调试使用。
本实施例中，所述光耦模块包括FOD3182型光电耦合器U5、第五电容C46和第七电阻R87；光电耦合器U5的2脚分别通过第五电容C46和第七电阻R87电连接有+5V电源，光电耦合器U5的3脚与所述逻辑模块的输出端电连接，光电耦合器U5的5脚电连接有-10V浮动电源，光电耦合器U5的8脚电连接有15V浮动电源，光电耦合器U5的6脚和7脚的结合点作为所述光耦模块的输出端与所述栅极驱动模块电连接。
本实施例中，所述栅极驱动模块包括IXDN630YI型栅极驱动器U8、第八电阻R13和第九电阻R88；栅极驱动器U8的1脚电连接有15V浮动电源，栅极驱动器U8的2脚通过第八电阻R13与所述防护IGBT Q5的栅极电连接，栅极驱动器U8的3脚电连接有-10V浮动电源，栅极驱动器U8的4脚通过第九电阻R88与所述光耦模块的输出端电连接。
应当理解的是，如图2所示，本实施例中，所述过流保护电路还包括电源电路，所述电源电路用于为所述待测IGBT Q3和防护IGBT Q5提供电力支持。具体地，需要说明的是，栅极驱动电路在检测电流达到阈值时停止给防护IGBT Q5的栅极供源，此时防护IGBT Q5的栅极近似为0，处于关断状态，电源电路随即停止给待测IGBT Q3提供电力支持，从而实现在待测IGBT Q3出现过流问题时，及时切断待测IGBT Q3供能的作用，为待测IGBT Q3快速提供保护。具体地，电源电路包括与交流电源连接的稳压模块，用于实现对输入电源的稳压作用，以保证待测IGBT Q3和防护IGBT Q5在额定工作电压下正常工作。
需要理解的是，本实施例既可在待测IGBT Q3进行动态测试的过程中，为其提供过流保护的作用,以确保在待测IGBT Q3器件在测试时不被打坏；另外，在待测IGBT Q3的实际应用过程中，也可以通过外搭由防护IGBT Q5、电流线圈CC、反馈电路和栅极驱动电路构成的电路回路来对其进行过流保护，具备推广使用的价值。
最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种过流保护电路，其特征在于：包括待测IGBT(Q3)、防护IGBT(Q5)、电流线圈(CC)、反馈电路和栅极驱动电路，所述防护IGBT(Q5)的功率大于待测IGBT(Q3)的功率；所述待测IGBT(Q3)的发射极连接有电源电路的正极接线端，所述待测IGBT(Q3)的集电极与所述防护IGBT(Q5)的发射极连接，所述防护IGBT(Q5)的集电极连接所述电源电路的负极接线端，所述待测IGBT(Q3)的发射极和所述电源电路的正极接线端的结合点通过所述电流线圈(CC)与所述反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接，所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT(Q5)的栅极电连接。
2.根据权利要求1所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述反馈电路包括依次与所述电流线圈(CC)电连接的比较模块和触发模块，所述触发模块的输出端作为所述反馈电路的输出端与所述栅极驱动电路的输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述比较模块包括比较器(U15)、第一电阻(R92)、第二电阻(R93)、第一二极管(D16)、第二二极管(D15)、第一电容(C51)和第二电容(C52)；比较器(U15)的同相输入端通过第一电阻(R92)与所述电流线圈(CC)电连接，比较器(U15)的反相输入端通过第二电阻(R93)连接有基准电流，比较器(U15)的输出端作为所述比较模块的输出端与所述触发模块电连接，比较器(U15)的正电源端电连接有+5V电源，比较器(U15)的正电源端依次通过第一二极管(D16)和第二二极管(D15)接地，第一二极管(D16)和第二二极管(D15)的结合点与比较器(U15)的同相输入端电连接，比较器(U15)的正电源端还通过第一电容(C51)接地，比较器(U15)的负电源端通过第二电容(C52)接地，比较器(U15)的负电源端和接地端均接地。
4.根据权利要求2所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述触发模块包括74AC74型触发器(U16)、第三电阻(R94)、第四电阻(R95)、第五电阻(R4)、第六电阻(R98)和第三电容(C53)；触发器(U16)的3脚通过第三电阻(R94)与所述比较模块的输出端电连接，触发器(U16)的1脚依次通过第四电阻(R95)和第三电容(C53)接地，第四电阻(R95)和第三电容(C53)的结合点以及触发器(U16)的14脚均电连接有+5V电源，触发器(U16)的2脚通过第五电阻(R4)接地，触发器(U16)的5脚通过第六电阻(R98)与所述栅极驱动电路的输入端电连接，触发器(U16)的6脚为故障检测脚，触发器(U16)的7脚接地。
5.根据权利要求1所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述栅极驱动电路包括依次与所述反馈电路的输出端电连接的逻辑模块、光耦模块和栅极驱动模块，所述光耦模块和栅极驱动模块均外接有浮动电源模块，所述栅极驱动模块的输出端作为所述栅极驱动电路的输出端与所述防护IGBT(Q5)的栅极电连接。
6.根据权利要求5所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述逻辑模块包括MC74AC08型逻辑门芯片(U2A)和第四电容(C17)；逻辑门芯片(U2A)的1脚作为所述栅极驱动电路的输入端与所述反馈电路的输出端电连接，逻辑门芯片(U2A)的1脚还通过第四电容(C17)接地，逻辑门芯片(U2A)的3脚作为所述逻辑模块的输出端与所述光耦模块连接。
7.根据权利要求5所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述光耦模块包括FOD3182型光电耦合器(U5)、第五电容(C46)和第七电阻(R87)；光电耦合器(U5)的2脚分别通过第五电容(C46)和第七电阻(R87)电连接有+5V电源，光电耦合器(U5)的3脚与所述逻辑模块的输出端电连接，光电耦合器(U5)的5脚电连接有-10V浮动电源，光电耦合器(U5)的8脚电连接有15V浮动电源，光电耦合器(U5)的6脚和7脚的结合点作为所述光耦模块的输出端与所述栅极驱动模块电连接。
8.根据权利要求5所述的一种过流保护电路，其特征在于：所述栅极驱动模块包括IXDN630YI型栅极驱动器(U8)、第八电阻(R13)和第九电阻(R88)；栅极驱动器(U8)的1脚电连接有15V浮动电源，栅极驱动器(U8)的2脚通过第八电阻(R13)与所述防护IGBT(Q5)的栅极电连接，栅极驱动器(U8)的3脚电连接有-10V浮动电源，栅极驱动器(U8)的4脚通过第九电阻(R88)与所述光耦模块的输出端电连接。
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