[發明專利]絕緣柵雙極型晶體管的短路保護電路和方法

有效

• 申請號: 201310046177.0
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103973277B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 吳濤;張穎奇;張帆
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H03K17/08
• 分類號: H03K17/08;H03K17/567
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 張貴東

技術領域

本發明涉及一種對絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）進行短路保護的電路和方法。

背景技術

IGBT是一種開關晶體管，可在開通狀態時讓功率流進入，在關斷狀態時阻斷功率流。IGBT是一種固態器件，沒有移動部件，其不是通過打開和閉合一個物理連接來實現開關的，而是通過向半導體元件施加一定電壓以使其改變極性來達到建立或斷開電氣連接的功能。在預定的情況下，IGBT普遍用作繼路器和變頻器中的開關元件，通過開通和關斷電子裝置來控制和轉換電能。

IGBT通常設計成既可在正常狀況下也可在預定的過載條件下可靠地運作，一般而言，其對由反常操作引起的故障有一定的承受能力。然而，在故障時或短路狀態下，IGBT可能遭受極高的沖擊電流，短路電流可能達到額定電流的四倍，導致高電壓和高電流同時施加到IGBT上。錯誤時或短路狀態下的IGBT可能會遭受功率損耗，并導致熱應力增加，這會損壞IGBT。因此，對IGBT進行短路保護非常重要。

現有的方法試圖通過動態減少IGBT的柵極驅動器內的接通電阻（turn-on resistor）來降低在短路故障開始時的峰值電流，卻并未降低穩定狀態時的短路電流，導致故障發生時產生相當大的熱量損失。

美國專利US6104149中描述了IGBT的另一種短路保護方法，通過在IGBT的發射極上串聯分流電阻來整體降低短路電流，但在該方法中，不僅不能顯著降低IGBT的功率損耗，串聯的分流電阻還會增加功率損耗，導致IGBT模塊的結點溫度額外增加（若串聯分流電阻嵌在IGBT模塊內）。此外，該方法也無法對實際的柵極電壓進行精確的控制。

基于這些理由及其他的原因，需要本發明實施例中的電路或方法對IGBT進行短路保護。

發明內容

本發明的一個實施例提供了一種組件，其包括絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、柵極驅動器和短路保護電路。其中，柵極驅動器用來給IGBT的柵極提供電源電壓，短路保護電路包括用來判斷所述IGBT是否發生短路的短路檢測器、以及用來在所述短路檢測器判斷所述IGBT發生短路時調節所述電源電壓的電源電壓調節器。

本發明的另一個實施例提供了一種對絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）進行短路保護的方法，該方法包括：判斷IGBT是否發生短路；以及在判斷出所述IGBT發生短路時降低施加到IGBT柵極的電源電壓。

本發明的又一個實施例提供了一種對至少兩個串連的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）進行短路保護的方法，該方法包括：判斷是否有IGBT發生短路；以及在判斷出有IGBT發生短路時同步降低施加到所有IGBT柵極的電源電壓。

附圖說明

通過結合附圖對于本發明的實施例進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中：

圖1為一種絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）的示意圖。

圖2為一種IGBT的特性曲線，顯示了對應不同的柵極-發射極電壓（V_GE）時，集電極電流（I_C）隨集電極-發射極電壓（V_CE）變化的情況。

圖3為一種包括IGBT和對該IGBT進行短路保護的短路保護電路的組件的一個實施例的電路圖。

圖4為一種包括多個串連的IGBT，且每一IGBT配有與圖3中類似的短路保護電路的組件的電路圖。

圖5為另一種包括多個串連的IGBT，且每一IGBT配有與圖3中類似的短路保護電路的組件的電路圖。

圖6為一種包括IGBT和對該IGBT進行短路保護的短路保護電路的組件的另一個實施例的電路圖。

圖7為一種包括多個串連的IGBT，且每一IGBT配有與圖6中類似的短路保護電路的組件的電路圖。

圖8為另一種包括多個串連的IGBT，且每一IGBT配有與圖6中類似的短路保護電路的組件的電路圖。

圖9顯示了圖8所示的組件根據本發明的一個實施例的一種具體實施方案的詳細示意圖。

圖10為一種與圖9所示的不同的V_CC調節器具體實施方案的電路圖。

圖11為一個實施例中操作含IGBT的組件的方法的流程圖。

圖12為另一個實施例中操作含IGBT的組件的方法的流程圖。

圖13為一個實施例中操作含多個串聯的IGBT的組件的方法的流程圖。