一种应用于IGBT的整形保护电路制造技术

本发明专利技术提出了一种应用于IGBT的整形保护电路，该整形保护电路包括两部分：IGBT过流保护和驱动整形。IGBT过流保护电路包括VCE电压检测电路、保护使能电路和与门；驱动整形电路包括滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路、硬件互锁电路、IGBT开通延时电路。过流保护电路使能电路避免IGBT在开通初期因VCE电压较高而误动作，软件延时避免IGBT瞬时过流时保护电路误动作，增强IGBT工作时稳定性；通过在硬件上互锁和延时双重保护，避免IGBT上下桥直通。本发明专利技术设计的电路结构简单，功能全面，信号传输延时短，可靠性高，成本低。

Shaping protection circuit applied to IGBT

The invention relates to a shaping protection circuit applied to IGBT, which comprises two parts: IGBT overcurrent protection and drive shaping. IGBT overcurrent protection circuit includes a VCE voltage detection circuit, protection circuit and gate driver enable; shaping circuit including filter interference and short pulse shaping for rectangular wave circuit, hardware interlock circuit, a delay circuit opening IGBT. The overcurrent protection circuit enable circuit to avoid IGBT in the early opening of VCE due to high voltage and avoid misoperation, software delay protection circuit malfunction IGBT instantaneous overcurrent, enhanced IGBT working stability; through the hardware interlock and delay double protection, avoid IGBT bridge straight. The invention has the advantages of simple circuit structure, complete functions, short signal transmission delay, high reliability and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及IGBT保护的
，特别是针对IGBT的过流保护和对IGBT的驱动信号进行整形。
技术介绍
由于绝缘栅双极型晶体管即IGBT耐高压、耐大电流、驱动功率小、开关速度快等优点，在电力电子中应用广泛。随着IGBT的广泛应用，人们对于其性能要求越来越高。但是由于缺乏合适的保护电路，IGBT很容易损坏。过电流和桥臂直通是造成IGBT损坏的常见原因。过流保护采用的方案是通过检测VCE大小来判断IGBT过流与否来设计保护电路的。IGBT关断和开通初期VCE较大。对于典型的逆变器拓扑，当上、下桥臂的IGBT都处于关断状态时，IGBT集电极与发射极压差VCE电压为0.5*Vdc，Vdc为与逆变器并联的直流电源。IGBT在开通后，VCE由0.5*Vdc减小到十几伏或者几伏。有的保护电路设计者忽略了上述事实，在IGBT开通初期就让过流保护电路工作，可能导致过流保护电路误动作，甚至导致IGBT无法正常开通。有的过流保护电路抗干扰性较差，发生瞬时过流或外界干扰产生了过流信号的短脉冲时都会误关断IGBT；在避免桥臂直通方面，有的设计存在信号传输延时比较高，导致IGBT的关断信号传输到IGBT上所需时间较长。如果IGBT关断信号与开通信号的传输时间差同PWM的死区时间是同一数量级，可能会影响了IGBT开通延时电路的有效性。如果关断与开通信号的传输时差较长，上桥臂的IGBT尚未关断成功的同时下桥臂IGBT的开通延时已经结束了，这时会发生上下桥直通的事件。
技术实现思路
专利技术目的：针对IGBT过流，本文提出了一种软硬件结合的方式来处理这一问题。硬件保护电路在IGBT关断和开通初期不工作，在IGBT开通状态下检测到过流后，且过流信号持续时间超过设定值时，由中断程序发出关断IGBT的指令。为避免上下桥臂直通，本文提出了一种电路，集滤除干扰短脉冲、将驱动信号整形为矩形波、硬件互锁、IGBT开通延时于一体的电路，结构简单，功能全面，信号传输延时短，可靠性高，无论驱动信号是否互补均适用。技术方案：本专利技术提出了一种应用于IGBT的整形保护电路，包括两组结构相同的过流保护使能电路、VCE检测电路、与门、滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路、IGBT开通延时电路、一个硬件互锁电路和具有上、下桥臂的IGBT电路；上、下桥臂的PWM信号通过各自对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路后进入硬件互锁电路，经过硬件互锁电路后进入各自对应的IGBT开通延时电路，延时后的PWM信号进入IGBT电路对其上、下桥臂进行驱动；过流保护使能电路采集延时后的PWM信号，其输出信号进入与门的一端，VCE检测电路检测IGBT发射极和集电极的压差，其输出信号进入与门的另一端，与门输出端连接外部的控制器。进一步的，过流保护使能电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管、第一电源、第一电容和光耦，所述光耦包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阳极接收PWM1或PWM2信号，发光二极管的阴极接地，光敏三极管的集电极通过第一电阻连接外接电源Vd的正极，光敏三极管的发射极连接第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一电源的正极，第一电源的负极接地，并与第一三极管的发射极连接，第一电容并接在第三电阻上，第二电阻、第三电阻和第一电容的公共端连接到所述与门的一个输入端。进一步的，硬件互锁电路包括第二三极管、第一加速电容、第一基极限流电阻和第一肖特基二极管和第三三极管、第二加速电容、第二基极限流电阻和第二肖特基二极管，第一基极限流电阻的两端分别连接第二三极管的基极与下桥臂对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路的输出端，第一加速电容并接在第一基极限流电阻上，第一肖特基二极管的阳极连接第二三极管的基极，阴极连接第二三极管的集电极，第二三极管的发射极与上桥臂对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路的输出端连接；第二基极限流电阻的两端分别连接第三三极管的基极与上桥臂对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路的输出端，第二加速电容并接在第二基极限流电阻上，第二肖特基二极管的阳极连接第三三极管的基极，阴极连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极与下桥臂对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路连接。进一步的，IGBT开通延时电路包括第四电阻、第二电容、比较器，第四电阻的一端接外接电源Vc正极，第四电阻的另一端连接第二电容的一端，同时连接比较器的反相输入端，第二电容的另一端接地，比较器同相输入端接参考电压，比较器输出PWM1信号。本专利技术的有益效果是，过流保护电路使能电路避免IGBT在开通初期因VCE电压较高而误动作，软件延时避免IGBT瞬时过流时保护电路误动作，增强IGBT工作时稳定性；为避免IGBT上下桥直通，通过在硬件上互锁和延时双重保护，避免IGBT上下桥直通。驱动整形电路由于互锁电路的核心器件三极管为开关三极管，且有辅助电路用于提高三极管的开关速度，减少了驱动信号的传输延时。IGBT的关断信号与开通信号的在保护电路中的传输时间差同PWM的死区时间不在同一数量级，这样可避免影响IGBT开通延时的功能，提高了保护电路的可靠性。本专利技术设计的电路结构简单，功能全面，信号传输延时短，可靠性高，成本低。附图说明图1为本专利技术的设计框图；图2为IGBT过流保护电路原理图；图3为本专利技术的IGBT驱动信号整形电路原理图；图中PWMA和PWMB为逆变器上下桥驱动控制输入信号，PWM1和PWM2为经过整形后对应输出信号。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图1是整个保护电路的框架图。图2为IGBT的过流保护电路，在框架图中包括VCE检测电路A和过流保护使能电路A，VCE检测电路B和过流保护使能电路B，与门A和与门B；图3为IGBT驱动整形电路，在框架图中包括滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路A、IGBT开通延时电路A、硬件互锁电路、滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路B、IGBT开通延时电路B。如图2所示，过流保护电路包括VCE检测电路、过流保护使能电路和与门。由于上、下桥臂的VCE检测电路和使能电路完全相同，故这里只画出一路整形电路，并以这一路进行说明。VCE检测电路包括15V电压源、运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、二极管D3；其中IGBT的集电极C经过二极管D1、R1、R2和15V电源相连。当C端电压上升时，R2两端电压减小，R1与R2的公共端电压增大。二极管D1的作用是防止IGBT的C极电流流入右边的检测电路。R3、R4和15V电源构成分压电路，提供比较器的参考电压。过流保护电路的具体工作过程和原理：当IGBT发生短路或过流时，IGBT将退饱和，VCE增大，即C端电压增大，R1和R2公共端电压升高，即比较器U1的同相输入端电压升高。当U1的同相输入电压大于反相输入参考值时，比较器U1输出电平翻转，即由低电平变为高电平。比较器U1输出最大限幅值。U1的输出通过二极管与5V电压源相连，使得D2和D3的公共联接点电平钳位至5V左右，与门U2-1端变为高电平，如果此时使能端U2-2也为高电平，那么与门U2的输出Error将变为高电平，向DSP发出信号，程序进入中断服本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于IGBT的整形保护电路，其特征在于包括两组结构相同的过流保护使能电路、VCE检测电路、与门、滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路、IGBT开通延时电路、一个硬件互锁电路和具有上、下桥臂的IGBT电路；上、下桥臂的PWM信号通过各自对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路后进入硬件互锁电路，经过硬件互锁电路后进入各自对应的IGBT开通延时电路，延时后的PWM信号进入IGBT电路对其上、下桥臂进行驱动；过流保护使能电路采集延时后的PWM信号，其输出信号进入与门的一端，VCE检测电路检测IGBT发射极和集电极的压差，其输出信号进入与门的另一端，与门输出端连接外部的控制器。

【技术特征摘要】
1.一种应用于IGBT的整形保护电路，其特征在于包括两组结构相同的过流保护使能电路、VCE检测电路、与门、滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路、IGBT开通延时电路、一个硬件互锁电路和具有上、下桥臂的IGBT电路；上、下桥臂的PWM信号通过各自对应的滤除干扰短脉冲和整形为矩形波电路后进入硬件互锁电路，经过硬件互锁电路后进入各自对应的IGBT开通延时电路，延时后的PWM信号进入IGBT电路对其上、下桥臂进行驱动；过流保护使能电路采集延时后的PWM信号，其输出信号进入与门的一端，VCE检测电路检测IGBT发射极和集电极的压差，其输出信号进入与门的另一端，与门输出端连接外部的控制器。2.根据权利要求1所述的应用于IGBT的整形保护电路，其特征在于所述过流保护使能电路包括第一电阻(R6)、第二电阻(R7)、第三电阻(R8)、第一三极管(Q1)、第一电源、第一电容(C1)和光耦(U3)，所述光耦(U3)包括发光二极管和光敏三极管，所述发光二极管的阳极接收PWM1或PWM2信号，发光二极管的阴极接地，光敏三极管的集电极通过第一电阻(R6)连接外接电源Vd的正极，光敏三极管的发射极连接第一三极管(Q1)的基极，第一三极管(Q1)的集电极连接第三电阻(R8)的一端，第三电阻(R8)的另一端连接第二电阻(R7)的一端，第二电阻(R7)的另一端连接第一电源的正极，第一电源的负极接地，并与第一三极管(Q1)的发射极连接，第一电容(C1)并接在第三电阻(R8)上，第二电阻(R7)、第三电阻(R8)和第一电容(C1)的公共端连接到所述与门的一个输入端。3.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹤云，梁艳群，黄超信，杨明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32