能保護半導體開關的驅動器的製作方法
2023-07-08 05:25:51
專利名稱：能保護半導體開關的驅動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及能保護變流器(如控制電機的變流器)中的變流半導體開關1(如GTR、GTO、MOS、IGBT、MCT)不被過電流過電壓所損壞的驅動器。
半導體開關在過流過壓或短路時易損壞。《國外電氣自動化》雜誌91年5期《逆變器迴路中IGBT模塊的保護技術》一文，述及日本富士公司產品EXB系列驅動器通過監測IGBT的通態壓降識別過電流，用慢關斷電路關斷過電流來保護IGBT。該產品在輸入窄脈寬開通信號時不能識別過電流和不能慢關斷過電流，其也不能鑑別出是過電流或是短路電流而採用不同方式保護。其存在保護死區和保護功能缺陷。
本發明要推出在輸入窄脈寬開通信號時能通過監測半導體開關通態壓降識別過電流的驅動器；推出能在任何情況下慢關斷過電流的驅動器；推出通過監測通態壓降能鑑別出不同值過電流的驅動器。
本發明推出的產品驅動器2主要由半導體元件和無源元件構成，在驅動器2的輸入與輸出端之間連接有開關電路3。
本發明的A類驅動器2中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5，在開關電路3中連接有由正反饋迴路、定時迴路構成的單穩觸發電路7。單穩觸發電路7經窄脈衝觸發就輸出由定時迴路所確定的脈寬，使驅動器2在窄脈寬開通信號輸入時產生設定脈寬輸出，保障比較電路5能在此時通過監測半導體開關1的通態壓降識別過電流，以實現對半導體開關1的可靠保護。
本發明的B類驅動器2中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)或連接電流檢測器8的比較電路9，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，比較電路9連接或通過元件連接開通電路10，比較電路9的輸出通過元件13連接關斷電路11。過電流時比較電路9輸出信號關斷開通電路10，由慢關斷電路12構成慢關斷輸出，比較電路9輸出信號通過元件13阻止或延遲關斷電路11接通關斷輸出而不破壞慢關斷輸出。在各種情況下(如輸入窄脈寬開通信號或即將出現關斷信號時)出現過電流或短路，其都能使半導體開關1慢關斷而不被過流過壓損壞。該驅動器2的開關電路3中可連接有單穩觸發電路7，使其具有A類驅動器2的優點。
本發明的C類驅動器2中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5和6，開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接或通過半導體開關15連接比較電路5或5和6，比較電路5和6分別通過監測半導體開關1的通態壓降識別不同值過電流、短路電流，延時電路14在開關電路3輸出開通信號時延時一段時間後控制或經半導體開關15控制比較電路5或5和6進行監測或輸出信號。比較電路5和6的輸出可連接同一輸出元件16(如光耦17)，在同一路輸出中以不同值信號分別輸出不同值過電流、短路電流。比較電路6的輸出可通過延時關斷電路18連接比較電路5。比較電路6的輸出可連接或通過元件連接開關電路3。比較電路6輸出過電流信號經延時關斷電路18關斷比較電路5或其輸出，比較電路6輸出的過電流信號使開關電路3關斷半導體開關1實現保護，高值過電流(以下稱短路電流)時，比較電路5在由延時關斷電路18所延時的期間識別短路電流、輸出短路信號。比較電路5或6的輸出可連接延時電路19，能保障輸出信號的最小脈寬。該驅動器2的開關電路3中可連接有單穩觸發電路7，使其具有A類驅動器2的優點。該驅動器2的開關電路3的輸出部份可由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，比較電路5或6連接或通過元件連接開通電路10，比較電路5或6的輸出通過元件13連接關斷電路11，使其具有B類驅動器2的優點。
本發明中的延時電路可由電阻和半導體元件(如電晶體20、21或69)構成，用半導體元件的延遲時間為延時時間，使延時可靠和易於集成化製造。本發明中所指的元件和電路都是半導體元件、無源元件或由其所組成，都能製成集成電路。以下結合產品實例予以逐步說明。
圖1、2、3分別是本發明A、B、C類驅動器2的產品框圖，圖4、5、6分別是本發明A、B、C類驅動器2的一種實施例產品電路圖。
圖1的A類驅動器2中比較電路5經二極體4連接半導體開關1集電極，驅動器2輸入與輸出端之間的開關電路3中連接有單穩觸發電路7。
圖2的B類驅動器2中比較電路9的輸入經E線、二級管4連接半導體開關1集電極或經F線連接電流檢測器8，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，比較電路9的輸出連接開通電路10，比較電路9的輸出通過元件13連接關斷電路11。
圖3的C類驅動器2中比較電路5和6通過二極體4連接半導體開關1集電極，開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接比較電路5或5和6，G線是可選擇線。
圖4的驅動器2中由電阻22～32、電容38、電晶體39～44構成的開關電路3中連接有由電阻25～28、47、電容38、電晶體40、41構成的單穩觸發電路7，電阻47構成正反饋迴路、電阻27和電容38為定時迴路；由電阻48～51、電晶體52、53、二極體54構成的比較電路5和由電阻55～57、電晶體58、二極體59構成的比較電路6經二極體4連接半導體開關1(IGBT)集電極，由電晶體20、21、二極體60、電阻61～66構成的延時電路14連接比較電路5和開關電路3，比較電路5的輸出經延時電路14連接由電阻67、68、電晶體69構成的延時電路19。輸入窄脈寬開通信號並發生短路時，比較電路5在由單穩觸發電路7設定期間無輸出，延時電路14、19經光耦17輸出短路電流信號。
圖5的驅動器2中由電阻28、29、電晶體41、42構成的開通電路10、由電阻32～35、電晶體44～46構成的關斷電路11和由電阻70～72、電晶體73構成的慢關斷電路12構成開關電路3的輸出部份，由電阻48～50、電晶體52、53、二極體75構成的比較電路9經二極體4連接半導體開關1(MOS)的漏極，比較電路9經電晶體74連接開通電路10，比較電路9經元件13(電阻30、電晶體43)連接關斷電路11。短路電流時，比較電路9經元件13使關斷電路11不能接通關斷輸出，保障開通電路10、慢關斷電路12使MOS慢關斷，此時輸入的關斷信號不能破壞慢關斷。
圖6的驅動器2中由電阻48～51、電晶體52、98、二極體75～77構成的比較電路5和由電阻55～57、78、電晶體58、79、二極體80～82構成的比較電路6經二極體4連接半導體開關1(IGBT)集電極；由電阻83～86、電晶體87、電容88構成的延時電路14經半導體開關15(電晶體89)連接比較電路5和6的輸入端，由電阻26～35、70～72、電晶體40～46、二極體91、92構成的開關電路3中的開關電壓經二極體90連接延時電路14的輸入端；比較電路6的輸出經由電晶體87、89、電容88構成的延時關斷電路18連接比較電路5的輸入端；比較電路5和6的輸出分別經電阻94、95連接光耦17，又經電晶體96連接由電阻28、29、電晶體41、42構成的開通電路10；比較電路5的輸出通過元件13又是延時電路19(電阻97、電晶體99、43)連接由電阻32～35、電晶體44～46構成的關斷電路11；開關電路3中連接有由電阻31、47、電容38、電晶體43、40、二極體92構成的單穩觸發電路7，電阻47、電容38為反饋和定時迴路。延時電路14在開通信號經光耦93輸入開關電路3時延時一段時間後使電晶體89接通比較電路5和6；過電流時，比較電路6經延時關斷電路18關斷比較電路5，經光耦17以低電流輸出過流信號，經電晶體96和開通電路10使由電阻70～72、電晶體73構成的慢關斷電路12慢關斷IGBT；短路電流時，比較電路5在延時關斷電路18的延時期間識別短路電流，經光耦17以高電流輸出短路信號，經元件13使關斷電路11於輸入關斷信號時延時關斷輸出，保障慢關斷IGBT和保證短路信號輸出有足夠脈寬。經H線連接電晶體36可構成零電壓開關驅動器。
權利要求1.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器2中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5，其特徵是在開關電路3中連接有由正反饋迴路、定時迴路構成的單穩觸發電路7。
2.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)或連接電流檢測器8的比較電路9，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，比較電路9連接或通過元件連接開通電路10，其特徵是比較電路9的輸出通過元件13連接關斷電路11，比較電路9輸出信號通過元件13阻止或延遲關斷電路11接通關斷輸出而不破壞慢關斷輸出。
3.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器2中包含有通過二極體4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5和6，其特徵是開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接或通過半導體開關15連接比較電路5或5和6，比較電路5和6分別通過監測半導體開關1的通態壓降識別不同值過電流、短路電流，延時電路14在開關電路3輸出開通信號時延時一段時間後控制或經半導體開關15控制比較電路5或5和6進行監測或輸出信號。
4.如權利要求3所述的驅動器2，其特徵是比較電路5和6的輸出連接同一輸出元件16(如光耦17)。
5.如權利要求3所述的驅動器2，其特徵是比較電路6的輸出通過延時關斷電路18連接比較電路5。
6.如權利要求3所述的驅動器2，其特徵是比較電路5或6的輸出連接延時電路19。
7.如權利要求2、3、4、5、6所述的驅動器2，其特徵是開關電路3中連接有單穩觸發電路7。
8.如權利要求1、3、4、5、6所述的驅動器2，其特徵是開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，比較電路5或6連接或通過元件連接開通電路10，比較電路5或6的輸出通過元件13連接關斷電路11。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6所述的驅動器2，其特徵是驅動器2中的延時電路由電阻和半導體元件(如電晶體20、21或69)構成。
專利摘要能保護半導體開關(IGBT、MOS、CTR、MCT、SIT、GTO)的驅動器，由比較電路5、6、單穩觸發電路7、開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12、延時電路14、延時關斷電路18等半導體電路構成。其成本低，不用電流傳感器，能在各種條件下準確識別不同值過電流、短路電流，且能可靠抑制關斷反壓，經同一光耦輸出過流和短路信號，以實現各種不同方式保護，充分利用及可靠保護半導體開關。
文檔編號H02H3/08GK2119723SQ92201189
公開日1992年10月21日 申請日期1992年1月20日 優先權日1992年1月20日
發明者陳為匡 申請人:陳為匡