[實用新型]新型IGBT短路保護電路

有效

• 申請號: 201120402546.1
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN202276139U
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 施貽蒙
• 申請（專利權）人: 杭州飛仕得科技有限公司
• 主分類號: H02H7/20
• 分類號: H02H7/20;H02H3/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體

技術領域

本實用新型涉及IGBT電路，尤其涉及一種新型IGBT短路保護電路。

背景技術

隨著市場對大功率變換器的需求日益旺盛，如新能源、軌道交通的興起，中高壓大功率IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）得到廣泛的應用。與低壓小功率IGBT不同，中高壓大功率的IGBT，如1700V/3600A的IGBT，在短路時，流過IGBT的電流能達到15000A。由于電路寄生電感的存在，如果采取硬關斷的辦法，IGBT的端電壓會超過其額定值，導致IGBT過壓損壞。因此，采取合適的IGBT短路保護電路，既可以防止IGBT由于電流太大而發熱損壞，也可防止di/dt電流變化率太大引起的過壓擊穿。

傳統的IGBT短路保護電路如圖1所示，IGBT門級驅動器包括三極管Q1和三極管Q2，這兩個三極管的基極相并接，發射極也相并接，發射極的并接點依次經門級電阻Rg、門級電容Cg后接地，三極管Q1的集電極接電壓VCC，三極管Q2的集電極接電壓Vee，基極的并接點上連接有短路保護電路，短路保護電路包括二極管D1、電容C1、電阻R12和開關管S13，二極管D1的陰極既和電容C1的一端相連又和電阻R12的一端相連，電容C1的另一端接電壓Vee，電阻R12的另一端經開關管S13和電壓Vee相連，二極管D1的陽極和兩個三極管的基極相連。其工作原理如下：

l???????當IGBT正常工作時，開關管S1、開關管S2根據控制系統的指令，互補導通；開關管S3截止；進入穩態后，電壓Vc1=Vcc，二極管D1截止；當開關管S1導通而開關管S2截止時，電壓Vb=Vcc，三極管Q1導通而三極管Q2截止，電壓Vg=Vcc（忽略三極管Q1的管壓降），IGBT導通；當開關管S1截止而開關管S2導通時，電壓Vb=Vee，三極管Q1截止而三極管Q2導通，電壓Vg=Vee（忽略三極管Q2的管壓降），IGBT截止。

l???????當IGBT出現短路故障時，開關管S1和開關管S2截止，開關管S3導通，電容C1通過電阻R12放電，電壓Vc1緩慢下降。隨著電壓Vc1下降，二極管D1導通，電壓Vb被二極管D1鉗位在電壓Vc1，也開始同步地緩慢下降；三極管Q2開始導通，IGBT的門級電容Cg通過門級電阻Rg、三極管Q2放電。通過設定電容C1和電阻R12的大小，可以控制門級電壓Vg的下降速率，從而實現IGBT短路保護。

上述傳統的IGBT短路保護電路能夠在IGBT發生故障時緩慢地關斷IGBT，防止電壓過沖的產生，但是依然存在以下幾個問題：

1．電路過于復雜，需要二極管D1、電容C1、電阻R12和開關管S13四種器件的配合，增加了驅動電路的復雜性和成本；

2．每次驅動IGBT短路保護電路后，電壓Vc1放電至Vee，當故障消除后，驅動除了對門級電容Cg充電外，還需額外將電壓Vc1從Vee充電到Vcc，既增加了驅動的功耗，同時也延緩了IGBT門級的上升速率，導致IGBT開通損耗的增加。

發明內容

本實用新型主要解決原有IGBT短路保護電路結構復雜、成本較高，既增加了驅動的功耗，又延緩了IGBT門級的上升速率，導致增加IGBT開通損耗的技術問題；提供一種新型IGBT短路保護電路,其電路簡單，可靠性高，當故障消除后，立刻可以恢復正常狀態，不會增加額外的充放電損耗，提升電路性能。

本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本實用新型包括IGBT門級驅動器及電阻R2和開關管S3的串聯電路，IGBT門級驅動器包括三極管Q1和三極管Q2，三極管Q1的基極和三極管Q2的基極相連，三極管Q1的發射極和三極管Q2的發射極相連，該連接點和門級電阻Rg的一端相連，門級電阻Rg的另一端經門級電容Cg接地，三極管Q1的集電極接電壓Vcc，三極管Q2的集電極接電壓Vee，電阻R2的一端與門級電阻Rg和門級電容Cg的并接點相連，電阻R2的另一端和開關管S3的一端相連，開關管S3的另一端和電壓Vee相連。開關管S3的導通或斷開受控制系統控制。當IGBT出現短路故障時，開關管S3導通，門級電容Cg通過電阻R2放電，電壓Vg緩慢下降，從而實現IGBT短路保護。

作為優選，所述的三極管Q1的基極和三極管Q2的基極的并接點經電阻R1與開關管S1和開關管S2的并接點相連，開關管S1的另一端接電壓Vcc，開關管S2的另一端接電壓Vee。開關管S1和開關管S2的導通或斷開均受控制系統控制。

本技術方案中，開關管S1、開關管S2和開關管S3可以是任何能實現開關功能的可控器件，例如可以是半導體器件，也可以是其他機械式的可控開關裝置。