[發(fā)明專利]一種IGBT驅(qū)動保護電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910166288.9
• 申請日: 2009-08-18
• 公開（公告）號: CN101686044A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 范家閂
• 申請（專利權）人: 深圳市科陸變頻器有限公司
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/08
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產(chǎn)權代理事務所
• 代理人: 滿 群

技術領域

本發(fā)明涉及一種IGBT(IGBT，絕緣柵雙極晶體管的英文首字母，Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)驅(qū)動保護電路，特別是一種在變頻器、開關電源、UPS(不間斷電源)等設備中作為功率開關器件的絕緣柵雙極晶體管IGBT的驅(qū)動保護電路。

背景技術

目前，由于絕緣柵雙極晶體管IGBT具有容易驅(qū)動且能以高的開關頻率處理大電流和高電壓的特點，因而國內(nèi)外大功率變頻器、開關電源、UPS等設備中，廣泛使用IGBT作為功率開關器件，因此IGBT驅(qū)動保護電路就成為關系到變頻器等整機工作可靠性的重要電路。

現(xiàn)有變頻器等所采用的IGBT驅(qū)動保護電路，因設計思想不同而使該電路具有多種多樣的形式，其中：中國專利申請(申請?zhí)?1130045.0，公開號CN1354561A)公開的電路結構，具有驅(qū)動電源欠壓保護、IGBT集射電壓Vce過高保護、故障鎖存及狀態(tài)傳送到控制電路的功能。

但全面分析目前的各種電路方案，可以看到現(xiàn)有的各種電路方案，分別有其自己的設計側(cè)重點，其中包括保護功能較全面的上述專利申請的方案，都存在如下不足之處：1、驅(qū)動電源欠壓保護的狀態(tài)沒有指示，也未能傳遞到控制電路，不適合故障自檢的要求；2、IGBT集射電壓Vce過高保護電路在電壓Vce高于保護閾值以上時，無論高多少，從導通到關斷的延時時間是固定的，不能根據(jù)電壓Vce的高低動態(tài)調(diào)節(jié)延時時間；3、軟關斷功能不完善。如果來自控制電路的信號變?yōu)殛P斷信號，或者IGBT柵極驅(qū)動電壓迅速下降，軟關斷被提前終止，或者電路在保護時IGBT柵極驅(qū)動電壓迅速下降到0.2V-0.4V。而對于軟關斷而言，行業(yè)推薦的方法是IGBT柵極驅(qū)動電壓按一定速率下降到負值。

可見，沒有一種驅(qū)動電路方案具有非常完善的保護功能，給變頻器等設備的可靠運行帶來不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種保護功能完善、狀態(tài)指示直觀、軟關斷符合行業(yè)推薦方法的IGBT驅(qū)動保護電路，其主要包括：

一個用于提供雙路恒壓的正電源+VA、參考地GAG、負電源-VB；

一個用于控制負載通斷的絕緣柵雙極晶體管IGBT(為說明本發(fā)明線路與IGBT的連接關系而引入，非本發(fā)明線路的組成部分)；

一個信號隔離光耦U1，輸入端串聯(lián)電阻與來自控制電路的差分信號連接，所述光耦U1的地端(芯片5腳)連接到負電源-VB上，電源端(芯片8腳)經(jīng)R2連接到參考地GAG上，電源端、地端兩端并聯(lián)有穩(wěn)壓電路和電容C1；當差分信號為大于3V的正電壓，光耦U1輸出端導通到負電源，當差分信號為小于1V的正電壓或負電壓時，光耦U1輸出端開路；

一個開關三極管控制電路，用于產(chǎn)生一個開關信號作為信號放大電路的輸入電壓，其主要由電阻R11、NPN開關三極管Q3、電阻R7構成，其中開關三極管Q3的基極經(jīng)過電阻R11連接到上述光耦U1的輸出端(芯片6腳)，發(fā)射極接負電源，集電極接一個可控恒流源的輸出端，電阻R7并接在三極管Q3的集電極、負電源之間；

上述一個可控恒流源電路，由PNP三極管Q2、穩(wěn)壓基準DW4、電阻R6構成，其中三極管Q2的集電極作為可控恒流源的輸出端，發(fā)射極通過電阻R6連接到正電源上，基極連接到穩(wěn)壓基準DW4的低壓端，穩(wěn)壓基準DW4的高壓端與正電源相連；

一個信號放大電路，用于產(chǎn)生一個柵壓并將其提供給受控IGBT的柵極，其輸入端與開關三極管Q3的集電極相連，其輸出端與所述IGBT的柵極相連；

一個狀態(tài)反饋隔離光耦U2，用于將驅(qū)動電路的狀態(tài)反饋到控制電路，其主要由光耦U2、電阻R26構成，其中光耦U2輸入二極管的陽極通過電阻R26連接到正電源，陰極連接到穩(wěn)壓基準DW4的低壓端；

一個IGBT集電極-發(fā)射極電壓Vce檢測及檢測復位電路，用于檢測IGBT集射電壓并判斷是否啟動軟關斷電路，其主要由閾值電壓發(fā)生電路、比較器U3D、Vce電壓取樣及積分電路、檢測復位電路構成，其中閾值電壓連接到比較器U3D的正輸入端，Vce電壓取樣后再經(jīng)過電阻R15、電容C4積分傳遞到比較器U3D的負輸入端，檢測復位電路在光耦U1的輸出端未導通且不在軟關斷期間，將積分電容C4兩端短接，使Vce檢測電路復位，為下一次檢測做好準備。當IGBT導通期間，其集電極-發(fā)射極電壓Vce經(jīng)過取樣與積分后，若超過閾值電壓，比較器U3D輸出端導通到負電源，啟動軟關斷過程。