[發明專利]一種絕緣柵雙極型器件短路自保護電路及其保護方法

有效

• 申請號: 201110143100.6
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102201661A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 錢欽松;劉斯揚;霍昌隆;崔其暉;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 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任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及絕緣柵雙極型器件的短路自保護技術領域，更具體的說，是關于一種用于逆變器、PDP驅動芯片中使用的絕緣柵雙極型器件免于高壓大電流損壞的短路自保護電路設計，為一種絕緣柵雙極型器件短路自保護電路及其保護方法。

背景技術

隨著人們對現代化生活需求的日益增強，功率集成電路產品的性能越來越受到關注，其中功率集成電路處理高電壓、大電流的能力越來越成為最為主要的性能指標之一。決定功率集成電路處理高電壓、大電流能力大小的因素除了功率集成電路本身電路結構、設計以及電路所采用的制造工藝之外，相同面積的單個器件能承受的電流能力也是衡量功率集成電路性能和成本的關鍵。

絕緣柵雙極型器件綜合了雙極型晶體管和絕緣柵場效應管器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低，非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。然而由于絕緣柵雙極型晶體管高壓大電流的屬性，造成它在短路時的漏源電流極大，因而其只能承受很短時間的短路電流，能承受短路電流的時間與該器件的導通飽和壓降有關，隨著飽和導通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于2V的絕緣柵雙極型器件允許承受的短路時間小于5μs，而飽和壓降3V的絕緣柵雙極型器件允許承受的短路時間可達15μs，4～5V時可達30μs以上。存在以上關系是由于隨著飽和導通壓降的降低，絕緣柵雙極型器件的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時間迅速減小。為在承受時間之內關斷絕緣柵雙極型器件，人們在絕緣柵雙極型器件驅動電路中提出各種短路自保護方法。

絕緣柵雙極型器件短路自保護電路可采取的探測原理有：檢測短路時漏極與源極之間電壓V_DS增大的原理、檢測短路時漏極電流I_DS增大的原理，檢測短路時柵壓上升的原理。從而實現短路保護、降柵壓軟關斷及降低工作頻率的綜合短路保護。上述方法中，簡單、易實現的方法是檢測短路時，漏極與源極之間的電壓V_DS實現短路探測，又稱退飽和法，此方法采用的是間接電壓法。因為絕緣柵雙極型器件過流時漏極與源極間電壓V_DS增大且基本上為線性關系，故檢測過流時的漏源電壓V_DS并與設定電壓進行比較。比較器輸出控制驅動電路的關斷也是一個很好的方法。但這種方法中普遍采用絕緣柵雙極型器件專用驅動器如EXB841，價格昂貴，在中小功率的生產應用中會使得成本增加。

無論是上面所述的漏源電壓探測電路，還是漏源電流探測電路，他們有一個共同的缺點，即是僅僅探測短路時一個參數值的超標，只能稱之為過壓探測電路或過流探測電路。因而合理的結合多種探測方法探測出絕緣柵雙極型器件短路時的過壓與過流，但又不使他們之間信號產生相互干擾成為短路保護電路設計時的一個極其重要的考慮因素。

發明內容

本發明要解決的問題是：絕緣柵雙極型器件需要短路保護，現有的保護方式存在需要專門電路，價格昂貴，工藝復雜等缺點，且僅僅探測短路時一個參數值的超標，不能滿足短路保護的需求。

本發明的技術方案為：一種絕緣柵雙極型器件短路自保護電路，包括電壓探測電路、電流探測電路、軟關斷保護電路、降柵壓保護電路以及被保護絕緣柵雙極型器件，所述被保護絕緣柵雙極型器件的輸入端為驅動信號，輸出端分別連接電壓探測電路以及電流探測電路的輸入端，電壓探測電路的輸出通過二極管D2連接降柵壓保護電路的輸入端，電流探測電路有兩路輸出，一路與軟關斷保護電路的輸入端相連，另一路通過二極管D3與降柵壓保護電路的輸入端相連，所述二極管D2和二極管D3背靠背連接，軟關斷保護電路與降柵壓保護電路的輸出端連接至被保護絕緣柵雙極型器件的輸入端。