一種igbt模塊短路保護電路的製作方法
2023-10-07 02:22:59 3
專利名稱：一種igbt模塊短路保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及IGBT電路，具體地來說為一種IGBT模塊短路保護電路。
背景技術：
IGBT是一種目前被廣泛使用的具有自關斷能力的器件開關頻率高廣泛應用於各類固態電源中。但如果控制不當，它很容易損壞。一般認為IGBT損壞的主要原因有兩種:一是IGBT退出飽和區而進入了放大區使得開關損耗增大；二是IGBT發生短路，產生很大的瞬態電流，從而使IGBT損壞。IGBT的保護通常採用快速自保護的辦法即當故障發生時，關斷IGBT驅動電路，在驅動電路中實現退飽和保護；或者當發生短路時，快速地關斷
據監測對象的不同IGBT的短路保護可分為Uge監測法或Uce監測法，二者原理基本相似都是利用集電極電流IC升高時Uge或Uce也會升高這一現象。當Uge或Uce超過Uge Usat或U-CE Usat時，就自動關斷IGBT的驅動電路。由於Uge在發生故障時基本不變，而Uce的變化較大並且當退飽和發生時Uge變化也小難以掌握，因而在實踐中一般採用Uce監測技術來對IGBT進行保護。當電路出現短路時流過IGBT電流較大，當電流達到一定程度是會對IGBT損壞。綜上，現有的電路存在結構複雜、損耗大等缺點。
實用新型內容針對現有技術中存在的上述不足之處，本實用新型要解決的技術問題在於提供一種結構簡單，能避免幹擾信號的IGBT模塊短路保護電路。本實用新型採用如下的技術方案:一種IGBT模塊短路保護電路，包括:與IGBT模塊連接，控制IGBT模塊關斷觸發的PWM光耦隔離驅動電路；與IGBT模塊輸入端相連的電流檢測器，所述電流檢測器包括串接於IGBT模塊的直流母線正極的第一分流電阻R1、第一限流電阻R2、第二限流電阻R3、以及第一信號輸出光耦，其中分流電阻Rl的一端與直流輸入端連接，另一端連接在第一信號輸出光耦的第二引腳上和IGBT直流母線正極，第一限流電阻R2與第二限流電阻R3串聯通過第二限流電阻R3的一端連接在第一信號輸出光稱的第一引腳上,第一限流電阻R2的一端與第二限流電阻R3連接，另一端與直流輸入端和分流電阻Rl的連接節點連接，分流電阻Rl與第一信號輸出光耦的連接節點與IGBT模塊的直流母線正極相連；所述電流檢測器的信號輸出端連接有信號控制電路；該IGBT模塊短路保護電路還包括有數位訊號處理器，數位訊號處理器輸出端與PWM光耦隔離驅動電路的輸入端相連，數位訊號處理器輸入端與信號控制電路的信號輸出端相連。在上述技術方案的基礎上，進一步地，該電流檢測器還包括第一濾波電路，所述第一濾波電路包括第一穩 壓二極體Zl和第一電容Cl,第一穩壓二極體Zl和第一電容Cl並聯，並聯的一連接節點連接在分流電阻Rl和第一信號輸出光耦的連接節點上，另一端連接在第一限流電阻R2和第二限流電阻R3的連接節點上。進一步地，所述第一濾波電路還包括第二電容C2，第二電容C2與分流電阻Rl並聯連接。進一步地，所述第一信號輸出光耦的第四引腳OC通過連接一第四電阻R4連接電源電壓VCC,所述第一信號輸出光f禹的第四引腳OC與信號控制電路的輸入端連接。進一步地，所述的電流檢測器還包括串接於IGBT模塊的直流母線負極的第二分流電阻R5，第三限流電阻R6、第四限流電阻R7、以及第二信號輸出光耦，其中第二分流電阻R5的一端與直流輸出端以及第二信號輸出光I禹的第二引腳連接,第二分流電阻R5的另一端與IGBT模塊的直流母線負極，第三限流電阻R6與第四限流電阻R7串聯通過第三限流電阻R6的一端連接在第二信號輸出光耦的第一引腳上，第四限流電阻R7的一端與第三限流電阻R6連接，另一端與IGBT模塊的直流母線負極和第二分流電阻R5的連接節點連接。進一步地，該電流檢測器還包括第二濾波電路，所述第二濾波電路包括第二穩壓二極體Z2和第四電容C4，第二穩壓二極體Z2和第四電容C4並聯，並聯的一連接節點連接在直流輸出端，另一端連接在第三限流電阻R6與第四限流電阻R7的連接節點上。進一步地，所述第二濾波電路還包括第三電容C3，第三電容C3與第二分流電阻R5並聯連接。進一步地，所述第二信號輸出光耦的第四引腳OC通過第八電阻R8連接電源電壓VCC，第二信號輸出光耦的第四引腳OC與信號控制電路的信號輸入端相連。
本實用新型具有如下的優點和有益效果:1.本實用新型通過電阻，光耦，和簡單的控制電路，就能很好的對IGBT短路進行有效的保護，電路簡單易行；2.本實用新型是在IGBT模塊的直流母線正和負上分別串接分流電阻，在IGBT短路時產生的大的電流時，通過檢測分流電阻上的電壓，當達到一定的電壓時，通過信號輸出光耦的導通和關斷，把短路信號送到信號控制電路，同時信號控制電路將短路信號輸送至數位訊號處理器，信號經過數位訊號處理器處理後輸出至PWM光耦隔離驅動電路，PWM光耦隔離驅動電路及時關斷PWM信號驅動，通過這一電路可以節省檢測短路電流所需的霍爾電流傳感器，降低整個系統的成本。並能夠很好的檢測對地短路的處理；3.電流檢測器包括串接於直流母線正和負極的分流電阻將信號送到輸出控制信號的信號輸出光耦。採用本實用新型的電流檢測器電路可節約整個電路的成本。
圖1為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細地說明:如圖1所示，本實用新型IGBT模塊短路保護電路，包括 與IGBT模塊連接，控制IGBT模塊關斷觸發的PWM光耦隔離驅動電路；與IGBT模塊輸入端相連的電流檢測器，所述電流檢測器包括串接於IGBT模塊的直流母線正極的第一分流電阻R1、第一限流電阻R2、第二限流電阻R3、以及第一信號輸出光耦，其中分流電阻Rl的一端與直流輸入端連接，另一端連接在第一信號輸出光耦的第二引腳上和IGBT直流母線正極，第一限流電阻R2與第二限流電阻R3串聯通過第二限流電阻R3的一端連接在第一信號輸出光耦OPl的第一引腳上，第一限流電阻R2的一端與第二限流電阻R3連接，另一端與直流輸入端和分流電阻Rl的連接節點連接，分流電阻Rl與第一信號輸出光耦的連接節點與IGBT模塊的直流母線正極相連；該電流檢測器的信號輸出端連接有信號控制電路；該IGBT模塊短路保護電路還包括有數位訊號處理器，數位訊號處理器輸出端與PWM光耦隔離驅動電路的輸入端相連，數位訊號處理器輸入端與信號控制電路的信號輸出端相連。該電流檢測器還包括第一濾波電 路，所述第一濾波電路包括第一穩壓二極體Zl和第一電容Cl,第一穩壓二極體Zl和第一電容Cl並聯,並聯的一連接節點連接在分流電阻Rl和第一信號輸出光耦OPl的連接節點上，另一端連接在第一限流電阻R2和第二限流電阻R3的連接節點上。第一濾波電路還包括第二電容C2，第二電容C2與分流電阻Rl並聯連接。第一信號輸出光耦OPl的第四引腳OC通過連接一第四電阻R4連接電源電壓VCC，所述第一信號輸出光耦OPl的第四引腳OC與信號控制電路的輸入端連接。電流檢測器還包括串接於IGBT模塊的直流母線負極的第二分流電阻R5，第三限流電阻R6、第四限流電阻R7、以及第二信號輸出光耦0P2，其中第二分流電阻R5的一端與直流輸出端以及第二信號輸出光耦0P2的第二引腳連接，第二分流電阻R5的另一端與IGBT模塊的直流母線負極，第三限流電阻R6與第四限流電阻R7串聯通過第三限流電阻R6的一端連接在第二信號輸出光耦0P2的第一引腳上，第四限流電阻R7的一端與第三限流電阻R6連接，另一端與IGBT模塊的直流母線負極和第二分流電阻R5的連接節點連接。該電流檢測器還包括第二濾波電路，第二濾波電路包括第二穩壓二極體Z2和第四電容C4，第二穩壓二極體Z2和第四電容C4並聯，並聯的一連接節點連接在直流輸出端，另一端連接在第三限流電阻R6與第四限流電阻R7的連接節點上。第二濾波電路還包括第三電容C3，第三電容C3與第二分流電阻R5並聯連接。第二信號輸出光耦的第四引腳OC通過第八電阻R8連接電源電壓VCC，第二信號輸出光耦的第四引腳OC與信號控制電路的信號輸入端相連。本實施例中第一信號輸出光耦和第二信號輸出光耦均採用的型號是H11L1M。本實用新型的工作過程及原理如下:該電路包括用於檢測IGBT模塊驅動電路的母線電流的電流檢測器及用於控制IGBT模塊驅動的PWM光電隔離驅動電路輸出的數位訊號處理器，電流檢測器中串接於IGBT模塊的直流母線正和負極的分流電阻將信號送到輸出至信號輸出光耦，通過信號輸出光耦將短路信號輸出至PWM光電隔離驅動電路從而關閉IGBT模塊的觸發。本實用新型中的，當IGBT模塊的上、下橋臂直通時，電源電壓幾乎全加在了 IGBT開關管兩端，此時將產生很大的短路電流，IGBT模塊的飽和壓降越小，其電流就會越大，從而損壞器件。當器件發生過流時，將短路電流及其關斷時的1-V運行軌跡限制在IGBT的短路安全工作區，用在損壞器件之前，將IGBT關斷來避免開關管的損壞。對於小容量變頻器，把第一分流電阻Rl和第二分流電阻R5直接串接直流母線的正和負，這樣當電流很大時，通過分流電阻兩端的電壓來反映電流的大小；過電流檢測出來的電流信號，經信號輸出光耦(第一信號輸出光耦或第二信號輸出光耦)向信號控制電路輸出封鎖信號，信號控制電路將信號輸送至數位訊號處理器，經處理後傳送至PWM光耦隔離驅動電路從而關斷IGBT模塊的觸發，實現過流保護。當IGBT出現短路或者是負載出現短路的情況下，第二電容C2，第三電容C3是當電路電流出現快速的波動的時候，進行濾波，使其能夠避免在電阻兩端產生幹擾使得光耦導通，產生錯誤的信號；當IGBT出現短路或者是負載出現短路的情況下，在直流正輸入和直流負輸出上都會出現一個很大的電流，檢測電路就是在檢測到很大的電流時，在第一分流電阻Rl或第二分流電阻R5兩端會產生壓差，從而使得第一信號輸出光耦或第二信號輸出光耦導通，及時的封鎖IGBT模塊，從而起到保護的作用。當電流Imax增大且到達IGBT模塊短路時能承受的電流時，在分流電阻兩端產生的電壓。在信號輸出光耦兩端產生電壓使得信號輸出光耦工作，就會在副邊會從高電平變為低電平，這樣經過檢測就能使得信號隔離就能檢測到這個信號使得信號控制電路能輸出封鎖信號。以第一分流電阻和第一信號輸出光I禹為例:根據歐姆定律:U = I*R (I)對於第一分流電阻Rl URl = I*R1 (2)第一信號輸出光耦導通需要的電流滿足:IF = (URl-VF)/(R2+R3) (3)由(2)和(3)可以得出IF = (I*R1_VF)/(R2+R3)其中:1是流過IGBT模塊允許的最大電流；R1是檢流電阻；IF是第一信號輸出光耦導通的電流；VF是第一信號輸出光耦導通時的電壓，根據上述的公式選擇合適參數選擇得當就能夠起到保護IGB T模塊的效果。
權利要求1.一種IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，包括: 與IGBT模塊連接，控制IGBT模塊關斷觸發的PWM光耦隔離驅動電路； 與IGBT模塊輸入端相連的電流檢測器，所述電流檢測器包括串接於IGBT模塊的直流母線正極的第一分流電阻RU第一限流電阻R2、第二限流電阻R3、以及第一信號輸出光耦，其中分流電阻Rl的一端與直流輸入端連接，另一端連接在第一信號輸出光耦的第二引腳上和IGBT直流母線正極，第一限流電阻R2與第二限流電阻R3串聯通過第二限流電阻R3的一端連接在第一信號輸出光稱的第一引腳上，第一限流電阻R2的一端與第二限流電阻R3連接，另一端與直流輸入端和分流電阻Rl的連接節點連接，分流電阻Rl與第一信號輸出光耦的連接節點與IGBT模塊的直流母線正極相連； 所述電流檢測器的信號輸出端連接有信號控制電路； 該IGBT模塊短路保護電路還包括有數位訊號處理器，數位訊號處理器輸出端與PWM光耦隔離驅動電路的輸入端相連，數位訊號處理器輸入端與信號控制電路的信號輸出端相連。
2.按照權利要求1所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，該電流檢測器還包括第一濾波電路，所述第一濾波電路包括第一穩壓二極體Zl和第一電容Cl,第一穩壓二極體Zl和第一電容Cl並聯，並聯的一連接節點連接在分流電阻Rl和第一信號輸出光耦的連接節點上，另一端連接在第一限流電阻R2和第二限流電阻R3的連接節點上。
3.按照權利要求2所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，所述第一濾波電路還包括第二電容C2，第二電容C2與分流電阻Rl並聯連接。
4.按照權利要求1所述 的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，所述第一信號輸出光耦的第四引腳OC通過連接一第四電阻R4連接電源電壓VCC，所述第一信號輸出光耦的第四引腳OC與信號控制電路的輸入端連接。
5.按照權利要求1所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，所述的電流檢測器還包括串接於IGBT模塊的直流母線負極的第二分流電阻R5，第三限流電阻R6、第四限流電阻R7、以及第二信號輸出光I禹,其中第二分流電阻R5的一端與直流輸出端以及第二信號輸出光耦的第二引腳連接，第二分流電阻R5的另一端與IGBT模塊的直流母線負極，第三限流電阻R6與第四限流電阻R7串聯通過第三限流電阻R6的一端連接在第二信號輸出光耦的第一引腳上，第四限流電阻R7的一端與第三限流電阻R6連接，另一端與IGBT模塊的直流母線負極和第二分流電阻R5的連接節點連接。
6.按照權利要求5所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，該電流檢測器還包括第二濾波電路，所述第二濾波電路包括第二穩壓二極體Z2和第四電容C4，第二穩壓二極體Z2和第四電容C4並聯，並聯的一連接節點連接在直流輸出端，另一端連接在第三限流電阻R6與第四限流電阻R7的連接節點上。
7.按照權利要求5所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，所述第二濾波電路還包括第三電容C3，第三電容C3與第二分流電阻R5並聯連接。
8.按照權利要求5所述的IGBT模塊短路保護電路，其特徵在於，所述第二信號輸出光耦的第四引腳OC通過第八電阻R8連接電源電壓VCC，第二信號輸出光耦的第四引腳OC與信號控制電路的信號輸入端相連。
專利摘要本實用新型涉及IGBT電路，具體地來說為一種IGBT模塊短路保護電路。包括與IGBT模塊連接，控制IGBT模塊關斷觸發的PWM光耦隔離驅動電路；與IGBT模塊輸入端相連的電流檢測器，該電流檢測器包括分流電阻、限流電阻以及信號輸出光耦，分流電阻與限流電阻與信號輸出光耦連接，通過分流電阻上的分壓導通信號輸出光耦後，信號輸出光耦通過PWM光耦隔離驅動電路向IGBT模塊發出封鎖信號，從而將IGBT模塊封鎖起到保護的作用。本實用新型通過電阻，光耦，和簡單的控制電路，就能很好的對IGBT短路進行有效的保護，電路簡單易行。
文檔編號H02H7/20GK203151083SQ20122047108
公開日2013年8月21日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者郝選, 王茂峰, 池家武 申請人:深圳市步科電氣有限公司