一種智能igbt的製作方法
2023-06-12 01:18:01
專利名稱：一種智能igbt的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種絕緣柵雙極型電晶體，通稱為IGBTansulatedGate Bipolar Transistor)，特別涉及一種具有智能保護的IGBT，屬於IGBT的改進技術領域。
背景技術：
常規的IGBT可見圖1，可看作是一個簡單的電晶體，由G極輸入信號，控制C極與 E極的截止與開通。此電子器件沒有任何保護功能，因此抗幹擾能力非常差，在使用過程中 發生任何一些異常如超溫、過流、過壓、欠壓等狀況都有可能燒壞而失效。現在也出現了具 有保護功能的IGBT，IGBT保護的技術方案一般是在IGBT的外圍電路中加入各種保護電路， 但這種外圍保護電路的靈敏度不高，且電路連接關係複雜、涉及較多昂貴的電子元器件，因 此往往因成本高昂而難以真正有效應用。
實用新型內容本實用新型的目的在於考慮現有技術的不足，提供一種成本低廉、安全可靠、內部 具備智能保護模塊的IGBT。本實用新型的技術方案是一種智能IGBT，其特徵在於包括電源電路(1)、C極過 壓偵測電路O)、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路G)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)、驅 動控制IGBT電路(6)，所述電源電路⑴輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過 壓偵測電路( 輸入端連接C極引腳、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路的輸入端 分別連接E極引腳、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸入端連接G極引腳，C極過壓偵測電路 O)、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路G)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸出端連接 驅動控制IGBT電路(6)輸入端。所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏輯或門U4、邏輯與門U5、比例電晶體Q1，邏輯 或門U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸 出端Y連接比例電晶體Ql的基極，比例電晶體Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。所述C極過壓偵測電路(2)包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖 存器TO，比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端 連接邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳， 電阻R2的另一端接地；RS鎖存器TO的輸入端R接收輸入過壓欠壓偵測電路( 輸出的比 較信號，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端A。所述電源電路(1)包括電阻R6、二極體D1、二極體D2、恆流源U12、電源U1，電阻 R6 一端連接C極引腳，另一端連接恆流源U12輸入端，恆流源U12輸出端連接二極體Dl正 極，二極體D2的正極與G極引腳連接，二極體Dl與二極體D2的負極分別連接電源Ul，恆流 源U12的控制端連接C極過壓偵測電路(2)中邏輯非門U2的輸出端。所述溫度偵測電路C3)包括熱敏元件NTC、比較器Ull和電阻R3，熱敏元件NTC — 端連接電源VCC，另一端分別連接於電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D。所述E極過流偵測電路(4)包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅 動控制IGBT電路(6)中的比例電晶體Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制 IGBT電路(6)中邏輯或門U4輸入端E ；電阻R5 —端連接比較器U8的正輸入端，另一端接 地。於所述輸入過壓欠壓偵測電路( 包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器 U10,窗口比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連 接RS鎖存器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路O)中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動 控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸 入端連接參考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q 連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端C。其中，所述C極過壓偵測電路O)的RS鎖存器TO的輸入端R連接輸入過壓欠壓 偵測電路(5)中窗口比較器U7的輸出端。本實用新型的工作原理為，電源電路由C與G極取得電壓輸入，經過轉換得到系統 電源電壓，C極過壓偵測電路、溫度偵測電路、E極過流偵測電路G)、輸入過壓欠壓偵測電 路輸出信號連接到驅動控制IGBT電路的輸入端，驅動控制IGBT電路經過運算處理，以決定 開通或關閉IGBT。本實用新型的有益效果是，在不改變IGBT當前封裝的情況下，在其內部規劃設計 智能電路模塊，在出現異常時及時關斷IGBT，不僅省去了複雜的外圍保護電路，且所加入 的電路模塊設計簡潔明了、布裝簡便，由於多用比較器、鎖存器等常規IC組成，因此成本低 廉、易於實現，特別適用於電磁爐、開關電源或變頻產品領域。
圖1為現有IGBT器件的電路符號圖。圖2為本實用新型的電路框圖。圖3為本實用新型實施例的電路原理圖。圖4為本實用新型實施例的RS邏輯電路圖。圖5為本實用新型實施例的RS邏輯真值表。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。如圖2、圖3所示，一種智能IGBT，包括電源電路1、C極過壓偵測電路2、溫度偵測 電路3、E極過流偵測電路4、輸入過壓欠壓偵測電路5、驅動控制IGBT電路6，其中電源電 路1的輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路2、溫度偵測電路3及E 極過流偵測電路4、輸入過壓欠壓偵測電路5的輸入端分別連接C極引腳、E極引腳和G極 引腳，輸出端連接驅動控制IGBT電路6輸入端。具體來說，電源電路1包括電阻R6、二極體D1、二極體D2、恆流源U12、電源U1，電 阻R6 —端連接C極引腳，另一端連接恆流源U12輸入端，恆流源U12輸出端連接二極體Dl 正極，二極體D2的正極與G極引腳連接，二極體Dl與二極體D2的負極分別連接電源Ul，恆流源U12的控制端連接C極過壓偵測電路2中邏輯非門U2的輸出端。C極過壓偵測電路2包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器U6， 比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端連接邏 輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電阻R2 的另一端接地；RS鎖存器U6的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路5中窗口比較器U7的 輸出端，輸出端S連接驅動控制IGBT電路6中邏輯或門U4的輸入端A。溫度偵測電路3包括熱敏元件NTC、比較器Ul 1和電阻R3，熱敏元件NTC —端連接 電源VCC，另一端分別連接於電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接地， 比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路6中邏輯或門U4的輸入端D。E極過流偵測電路4包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控制 IGBT電路6中的比例電晶體Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT電路 6中邏輯或門U4輸入端E ；電阻R5 —端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地。輸入過壓欠壓偵測電路5包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口比 較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存器 UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路2中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT電路 6中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器W的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參考電壓 ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控制IGBT 電路6中邏輯或門U4的輸入端C。驅動控制IGBT電路6，包括邏輯或門U4、邏輯與門TO、IGBT Q1，邏輯或門U4的輸 出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端Y連接 比例電晶體Ql的基極，比例電晶體Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。圖4和圖5分別為上述實施例輸入過壓欠壓偵測電路中RS鎖存器UlO的邏輯電 路圖和RS邏輯真值表。通過以上電路的配置設計，IGBT內部形成一系列保護電路，對IGBT實時監控。 IGBT工作時一旦發生異常，內部電路立刻輸出相應信號，馬上關斷IGBT，保護IGBT，待異常 消除後。IGBT仍可正常工作。相比較常規的IGBT，帶內部保護模塊的IGBT其可靠性與壽 命大幅提升，為IGBT的應用推廣提供了更加堅實的保障。
權利要求1.一種智能IGBT，其特徵在於包括電源電路(1)、C極過壓偵測電路O)、溫度偵測電 路(3)、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路( 、驅動控制IGBT電路(6)，所述 電源電路(1)輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路( 輸入端連接 C極引腳、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路的輸入端分別連接E極引腳、輸入過壓 欠壓偵測電路(5)的輸入端連接G極引腳，C極過壓偵測電路O)、溫度偵測電路(3)、E極 過流偵測電路G)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)輸入 端。
2.根據權利1所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏 輯或門U4、邏輯與門U5、比例電晶體Q1，邏輯或門U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端 B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端Y連接比例電晶體Ql的基極，比例電晶體 Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。
3.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述C極過壓偵測電路⑵包括電阻 R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器U6，比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl 與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端連接邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6 的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電阻R2的另一端接地；RS鎖存器U6的輸入端R 接收輸入過壓欠壓偵測電路( 輸出的比較信號，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中 邏輯或門U4的輸入端A。
4.根據權利3所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述電源電路⑴包括電阻R6、二極 管D1、二極體D2、恆流源U12、電源U1，電阻R6 —端連接C極引腳，另一端連接恆流源U12 輸入端，恆流源U12輸出端連接二極體Dl正極，二極體D2的正極與G極引腳連接，二極體 Dl與二極體D2的負極分別連接電源U1，恆流源U12的控制端連接C極過壓偵測電路(2) 中邏輯非門U2的輸出端。
5.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述溫度偵測電路C3)包括熱敏元件 NTC、比較器Ul 1和電阻R3，熱敏元件NTC —端連接電源VCC，另一端分別連接於電阻R3 —端 以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D。
6.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述E極過流偵測電路(4)包括比較 器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控制IGBT電路(6)中的比例電晶體Q1，負 輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4輸入端E ；電阻 R5 一端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地。
7.根據權利3所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述輸入過壓欠壓偵測電路( 包括 窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4， 負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路(2) 中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較 器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的 S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端 C0
8.根據權利7所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述C極過壓偵測電路( 的RS鎖 存器U6的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路(5)中窗口比較器U7的輸出端。
9.根據權利1所述的一種智能IGBT，其特徵在於所述電源電路(1)包括電阻R6、二極體D1、二極體D2、恆流源U12、電源U1，電阻R6 — 端連接C極引腳，另一端連接恆流源U12輸入端，恆流源U12輸出端連接二極體Dl正極，二 極管D2的正極與G極引腳連接，二極體Dl與二極體D2的負極分別連接電源Ul，恆流源U12 的控制端連接C極過壓偵測電路(2)中邏輯非門U2的輸出端；所述C極過壓偵測電路( 包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器 U6,比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref 3，輸出端連 接邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電 阻R2的另一端接地；RS鎖存器TO的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路(5)中窗口比較 器U7的輸出端，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端A;所述溫度偵測電路C3)包括熱敏元件NTC、比較器Ull和電阻R3，熱敏元件NTC—端連 接電源VCC，另一端分別連接於電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接 地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D ；所述E極過流偵測電路(4)包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控 制IGBT電路(6)中比例電晶體Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4輸入端E;電阻R5—端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地；所述輸入過壓欠壓偵測電路( 包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口 比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存 器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路O)中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參 考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控 制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端C ；所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏輯或門U4、邏輯與門U5、比例電晶體Q1，邏輯或門 U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端 Y連接比例電晶體Ql的基極，比例電晶體Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。
專利摘要本實用新型涉及智能IGBT，包括電源電路、C極過壓偵測電路、溫度偵測電路、E極過流偵測電路、輸入過壓欠壓偵測電路、驅動控制IGBT電路，電源電路輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路輸入端連接C極引腳、溫度偵測電路、E極過流偵測電路的輸入端分別連接E極引腳、輸入過壓欠壓偵測電路的輸入端連接G極引腳，它們的輸出端連接驅動控制IGBT電路輸入端。本方案在不改變IGBT當前封裝的情況下，在其內部設計智能電路模塊，出現異常時及時關斷IGBT，不僅省去了複雜的外圍保護電路，且所加入的電路模塊設計簡潔明了、布裝簡便，由於多用比較器、鎖存器等常規IC組成，因此成本低廉、易於實現，特別適用於電磁爐、開關電源或變頻產品領域。
文檔編號H03K17/567GK201928251SQ201020596858
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者洪堯枝, 謝波 申請人:佛山市順德區美的電熱電器製造有限公司