一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路的製作方法

2023-05-08 04:41:36

專利名稱：一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路的製作方法
技術領域：
本發明提供一種絕緣柵雙極型電晶體自恢復電路，尤其涉及一種絕緣柵雙極型晶 體管過流保護自恢復電路。
背景技術：
由於IGBT (絕緣柵雙極型電晶體)，主要使用在高壓大電流等場合，因此保護功 能非常重要，由於較大的負載電流會引起IGBT內較高的損耗，所以，為了避免超過最大的 允許結溫，IGBT的過流範圍應該受到限制，常用的過流保護，主要是當過流發生，然後關閉 IGBT驅動實現保護功能，如想恢復，多數復位則只能通過手動復位實現重新工作。集中式過流保護方式，即檢測輸入端或直流環節的總電流，當此電流超過設定值 後比較器翻轉，封鎖所有的IGBT驅動器的輸入脈衝，使輸出電流降為零.分立電流保護電 路，通過觸發器時序邏輯電路的記憶功能，構成記憶鎖定保護電路，以避免保護電路在過流 時的頻繁動作。專利號CN03200451. 6，名稱為一種IGBT過流保護電路的專利公開了一種IGBT 過流保護電路，包括主控晶片UC3875、比較器、觸發器，其中主控晶片的4個輸出端分別接4 個觸發脈衝電路，所述觸發脈衝電路分別接全控整流-逆變橋中IGBT器件的門極，其特徵 在於所述比較器的同向輸入端接一個可變電阻，反向輸入端接信號採樣電路的輸出端，輸 出端接所述觸發器的觸發端；所述觸發器的輸出端與所述主控晶片的( 腳之間經過電阻 相連接；所述觸發器的輸出端經電阻接一個三極體的基極，所述三極體的射極接地，集電極 接一個二極體的陰極，所述二極體的陽極接所述主控晶片的(6)腳，所述三極體的基極與 與之連接的電阻之間接有旁路電容。採用比較器和觸發器實現的IGBT過流方案，能夠在過 流情況下，對IGBT實現保護功能，但保護髮生後，IGBT的驅動被關閉，恢復時，只能通過手 動或定時復位功能才能實現，影響了設備正常工作。

發明內容
本發明提供一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路，本發明利用遲滯比較 器可以實現在過流下，關閉驅動，當電流減小到規定數值時，恢復驅動，實現自動保護功能。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案為—種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路，包括遲滯比較器、與門、光耦、NPN 電晶體、PNP電晶體、Zener 二極體和可調電位器，所述遲滯比較器同相輸入端與所述可調 電位器可調分壓電阻端相連，反相輸入端接絕緣柵雙極型電晶體集電極電壓檢測端，所述 遲滯比較器輸出經過一邏輯所述與門後，與所述光耦輸入端相連，所述光耦輸出經一電阻 電容網絡驅動兩個所述NPN電晶體，所述光耦實現輸入與輸出信號的電氣隔離，絕緣柵雙 極型電晶體驅動電路採用推輓輸出，推挽驅動電晶體上管NPN集電極接+15V，其發射極與 下管PNP發射極相連，發射極同時經一驅動電阻作為絕緣柵雙極型電晶體柵極驅動端，下 管PNP集電極與-8V相接，絕緣柵雙極型電晶體柵極驅動端對地接入反接兩個Zener 二極體，起柵極驅動保護作用。所述遲滯比較器電路由晶片LT1358組成。UC3875實現的過流保護功能，在過流時，可以將脈衝信號鎖存到寄存器，關閉輸 出驅動信號，但欲使其重新工作，只能通過手動復位或定時復位功能實現，影響系統正常工 作。本發明利用利用遲滯比較器，合理設置窗口空間可以使IGBT過流保護後，電流下降到 一定數值時，IGBT驅動恢復正常，設備恢復正常工作，而且電路具備一定的抗幹擾能力。


圖1為本發明實施例電路圖；圖2為本發明實施例IGBT過載仿真圖；圖3為本發明實施例IGBT驅動恢復正常仿真圖；圖4為本發明實施例IGBT過載保護及自恢復仿真圖；圖5為本發明實施例IGBT正常驅動關係仿真圖；圖6為本發明實施例IGBT過流動作時驅動關係仿真圖。
具體實施例方式下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明如圖所示，一種IGBT過流保護自恢復方法，是由分立元件組成，包括晶片 LT1358，與門，光耦，NPN及PNP電晶體，Zener 二極體，可調電位器，固定電阻及電容等。其 特徵在於由LT1358組成的遲滯比較器電路，遲滯比較器電路同相輸入端與電位器可調 分壓電阻端相連，反相輸入端接IGBT集電極電壓檢測端，遲滯比較器輸出經過一邏輯與門 後，與光耦輸入端相連，光耦輸出經一電阻電容網絡驅動兩個NPN電晶體，光耦實現輸入與 輸出信號的電氣隔離，IGBT驅動電路採用推輓輸出，有效地降低了驅動電路的輸出阻抗，提 高了驅動能力，推挽驅動電晶體上管NPN集電極接+15V，其發射極與下管PNP發射極相連， 發射極同時經一驅動電阻作為IGBT柵極驅動端，下管PNP集電極與-8V相接，IGBT柵極驅 動端對地接入反接兩個Zener 二極體，起柵極驅動保護作用。圖1中，高速光耦4N25實現輸入輸出信號的電氣隔離，能夠達到很好的電氣隔離， 驅動電路採用推輓輸出形式，有效地降低了驅動電路的輸出阻抗，提高了驅動能力，在發生 過流時及時關斷IGBT，其中Q2，Q3，Q4，Q5構成驅動脈衝放大電路，在柵源之間並接雙向穩 壓管Dl和D2，R12為IGBT的門極串聯電阻。正常工作時當控制電路送來高電平信號時，光耦4N25導通，Q4與Q5截止，Q2導通，Q3截止， 該驅動電路向IGBT提供+15V驅動開啟電壓，使IGBT導通。當控制電路送來低電平信號時，光耦4N25截止，Q4與Q5導通，Q3導通，Q2截止， 該驅動電路向IGBT提供-8V驅動關閉電壓，使IGBT關閉.當過流時當電路出現故障時，過流時，IGBT的集電極電位迅速升高，直至U3的V_> V+時， U3輸出為低，與門Ul輸出為低，光耦U2截止，，Q4與Q5導通，Q 3導通，Q2截止，該驅動電路向IGBT提供-8V驅動關閉電壓，使IGBT關閉，從而達到過流保護，直至電路故障排除，當 V— < V+時，光耦導通，IGBT重新開啟。現假設過流保護動作時IGBT集電極對發射極的飽和電壓Vn為8. 5V，由滯回比較 器關係公式有Af/m=f/mi-f/m2=2f/Qm^^，回差電壓影響系統的抗幹擾性能，設回差電壓
K5^K4
D
Δ Uth 為 4V, Uthi 為 8. 5V,則 Uth2 為 4. 5V。Uom 為 12V。則可求出^ = 5 ,令 R4 為 5k Ω，& 為
kS
IkQ，R6 為 IkQ。由公式-.Utiu = J^-Uom +J^-ljA (設Rici電位器電壓點為A點)，有Ua點電位為7. 32V，令R11為IOkQ，Rltl為50k Ω調節範圍的可調電位器，&為5k Ω 電阻，可求出Ua設置範圍可在3V-9V範圍內，現設計條件為將電位器調節到15k Ω，IGBT驅 動電阻選擇10 Ω電阻。仿真效果圖當IGBT集電極對發射極飽和電壓上升到9V時，遲滯比較器輸出為低，光耦截止， Q4與Q5導通，Q2截止，Q 3導通，-8V電源向IGBT提供關斷電壓，使IGBT截止.仿真圖像 如圖2所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n006]為遲滯比較器輸出。當IGBT集電極對發射極飽和電壓下降到4. 8V時，遲滯比較器輸出為高，光耦導 通，Q4與Q5截止，Q2導通，Q3截止，+15V電源向IGBT提供開啟電壓，使IGBT重新導通。仿真 圖像如圖3所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n006]為遲滯比較器輸出。保護動作仿真如圖4所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n004]為遲 滯比較器輸出。正常時，驅動輸出仿真，如圖5所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓， V[n006]為遲滯比較器輸出，V[n0i;3]為IGBT驅動電壓。過流動作時，驅動輸出仿真，如圖6所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓， V[n006]為遲滯比較器輸出，V[n014]為IGBT驅動電壓。由以上仿真圖片，可以得到，此電路可以實現對IGBT的過流電路保護功能，並且 當過電流減小到設定數值時，驅動可以恢復正常，使IGBT得以恢復工作狀態。本領域技術人員不脫離本發明的實質和精神，可以有多種變形方案實現本發明， 以上所述僅為本發明較佳可行的實施例而已，並非因此局限本發明的權利範圍，凡運用本 發明說明書及附圖內容所作的等效結構變化，均包含於本發明的權利範圍之內。
權利要求
1.一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路，其特徵在於包括遲滯比較器、與 門、光耦、NPN電晶體、PNP電晶體、Zener 二極體和可調電位器，所述遲滯比較器同相輸入 端與所述可調電位器可調分壓電阻端相連，反相輸入端接絕緣柵雙極型電晶體集電極電壓 檢測端，所述遲滯比較器輸出經過一邏輯所述與門後，與所述光耦輸入端相連，所述光耦輸 出經一電阻電容網絡驅動兩個所述NPN電晶體，所述光耦實現輸入與輸出信號的電氣隔 離，絕緣柵雙極型電晶體驅動電路採用推輓輸出，推挽驅動電晶體上管NPN集電極接+15V， 其發射極與下管PNP發射極相連，發射極同時經一驅動電阻作為絕緣柵雙極型電晶體柵極 驅動端，下管PNP集電極與-8V相接，絕緣柵雙極型電晶體柵極驅動端對地接入反接兩個 Zener 二極體，起柵極驅動保護作用。
2.根據權利要求1所述的一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路，其特徵在 於所述遲滯比較器電路由晶片LT1358組成。
全文摘要
本發明提供一種絕緣柵雙極型電晶體過流保護自恢復電路，其利用遲滯比較器可以實現在過流下，關閉驅動，當電流減小到規定數值時，恢復驅動，實現自動保護功能。在過流時，本發明利用遲滯比較器，合理設置窗口空間可以使絕緣柵雙極型電晶體過流保護後，電流下降到一定數值時，絕緣柵雙極型電晶體驅動恢復正常，設備恢復正常工作，而且電路具備一定的抗幹擾能力。
文檔編號H02H3/06GK102064535SQ20101056816
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者趙明宇 申請人:深圳市藍韻實業有限公司