[發(fā)明專利]一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路及其保護(hù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110143100.6
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102201661A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢欽松;劉斯揚(yáng);霍昌隆;崔其暉;孫偉鋒;陸生禮;時(shí)龍興
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02H7/20
• 分類號: H02H7/20
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

1.一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路，其特征是包括電壓探測電路(1)、電流探測電路(2)、軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)、降柵壓保護(hù)電路(4)以及被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)，所述被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)的輸入端為驅(qū)動(dòng)信號，輸出端分別連接電壓探測電路(1)以及電流探測電路(2)的輸入端，電壓探測電路(1)的輸出通過二極管D2連接降柵壓保護(hù)電路(4)的輸入端，電流探測電路(2)有兩路輸出，一路與軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)的輸入端相連，另一路通過二極管D3與降柵壓保護(hù)電路(4)的輸入端相連，所述二極管D2和二極管D3背靠背連接，軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)與降柵壓保護(hù)電路(4)的輸出端連接至被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)的輸入端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路，其特征是所述電壓探測電路(1)由一個(gè)二極管D1、電容C1以及電阻R1、R2和R3組成，電阻R1、R2和R3串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)信號Vin的輸入線與電阻R1、R2、R3并聯(lián)連接至GND，電阻R3兩端并聯(lián)電容C1，用于調(diào)整電壓上升時(shí)間，二極管D1陰極連接被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)漏極，二極管D1陽極連接在電阻R1和電阻R2之間；電流探測電路(2)包括電流感測絕緣柵雙極型器件、電阻R4和電阻R5，電流感測絕緣柵雙極型器件柵極為電流探測電路(2)的輸入端，電流感測絕緣柵雙極型器件源極經(jīng)電阻R4和電阻R5連接GND，電流感測絕緣柵雙極型器件漏極接VDD，電流感測絕緣柵雙極型器件源極以及電阻R4、R5之間分別引出電流探測電路(2)的輸出端；軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)由一場效應(yīng)管M1構(gòu)成，場效應(yīng)管M1柵極為軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)的輸入端，漏極接驅(qū)動(dòng)信號，源極接GND；降柵壓保護(hù)電路(4)由一場效應(yīng)管M2與齊納二極管Z1、Z2組成，場效應(yīng)管M2柵極為降柵壓保護(hù)電路(4)的輸入端，漏極接齊納二極管Z1陽極，源極接GND，齊納二極管Z1陰極接驅(qū)動(dòng)信號，齊納二極管Z2陰極接場效應(yīng)管M2柵極，陽極接GND，箝位M2柵壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路，其特征是電壓探測電路(1)的電阻R1、R2、R3三個(gè)電阻分壓，電阻R3的壓降作為降柵壓保護(hù)電路(4)的場效應(yīng)管M2的開啟壓降，調(diào)整電阻R1、R2、R3的阻值比值，用于防止電壓探測電路(1)過早的觸發(fā)降柵壓保護(hù)電路；電流探測電路(2)的電阻R4與R5阻值的比值設(shè)置為2∶1，用于調(diào)整降柵壓保護(hù)電路與軟關(guān)斷保護(hù)電路開啟的時(shí)間差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路，其特征是電流探測電路(2)的電流感測絕緣柵雙極型器件與被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)長度一致，寬度比為1∶N，使得相同柵壓與漏壓下二者的漏電流比為1∶N，N的值設(shè)置為?800～1200。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路，其特征是電流探測電路(2)的電流感測絕緣柵雙極型器件與被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)長度一致，寬度比為1∶N，使得相同柵壓與漏壓下二者的漏電流比為1∶N，N的值設(shè)置為800～1200。

6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種絕緣柵雙極型器件短路自保護(hù)電路的保護(hù)方法，其特征是自保護(hù)電路同時(shí)采用電壓探測電路(1)與電流探測電路(2)，通過兩個(gè)背靠背二極管D2、D3使電壓探測電路(1)與電流探測電路(2)之間的信號相互隔離，使得二者反饋信號一起連接至降柵壓保護(hù)電路(4)的信號接收端，包括以下步驟：

電壓探測電路(1)通過調(diào)整電阻R3、電容C1的值使得電容C1的充電時(shí)間Δt＝RC長于200ns，通過調(diào)整電阻R1、R2、R3的比值來控制電阻R3的壓降，從而使被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)開啟時(shí)反饋信號強(qiáng)度不會(huì)觸發(fā)降柵壓電路動(dòng)作；

當(dāng)被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)從正常工作狀態(tài)進(jìn)入短路狀態(tài)時(shí)，漏源電壓增大，電壓探測電路(1)的電阻R2、R3上的電壓被抬高，當(dāng)電阻R3上的電壓差超過降柵壓保護(hù)電路(4)的場效應(yīng)管M2的死區(qū)電壓Vth時(shí)，場效應(yīng)管M2開啟，將被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)柵壓拉低，實(shí)現(xiàn)降柵壓保護(hù)；

同樣，當(dāng)被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)從正常工作狀態(tài)進(jìn)入短路狀態(tài)時(shí)，漏源電流增大，電流探測電路(2)的電流感測絕緣柵雙極型器件漏源電流與被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)成比例，當(dāng)短路電流使電阻R4、R5上的總壓差超過降柵壓保護(hù)電路(4)的場效應(yīng)管M2的死區(qū)電壓Vth時(shí)，場效應(yīng)管M2開啟，將被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)柵壓拉低，實(shí)現(xiàn)降柵壓保護(hù)；

在降柵壓保護(hù)電路(4)啟動(dòng)后，若被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)漏源短路電流繼續(xù)增大，當(dāng)短路電流使電壓探測電路(1)的電阻R5上的壓差超過軟關(guān)斷保護(hù)電路(3)的場效應(yīng)管M1的死區(qū)電壓Vth時(shí)，場效應(yīng)管M1開啟，徹底拉低被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)的柵壓，關(guān)斷被保護(hù)絕緣柵雙極型器件(5)。?