高速自保护式大功率管基极驱动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供的高速自保护式大功率管基极驱动装置涉及一种大功率晶体管的短路和过载保护，用于交流变频调速系统中逆变器或晶体管直流斩波器中保护价格昂贵的大功率晶体管。这是由于大功率管过载能力低，为了解决较长时间过载烧坏管子，在大功率管驱动回路中接入高速电子开关，其电路包括光电耦合器、共基极放大电路、斯密特触发器、高速电子开关功率放大器、延时电路、或门和ＧＴＲ饱和压降检测电路等部分。一旦发生故障，立即关断其基极信号或关掉基极脉冲，以达到保护的目的。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种大功率晶体管的短路和过载保护装置，用于交流变频调速、逆变器和直流斩波器中控制大功率晶体管(以下简称GTR)基极驱动信号。目前，国内尚不能批量生产大功率的GTR，几乎全部依赖进口以满足一些电路装配的需要。但在使用中因为过载、短路或其他不明原因，经常发生烧管事故，既造成整个线路不能工作，又造成很大经济损失。因此快速保护GTR已成为一大技术关键。国外正在努力研究来攻克难关，国内尚未见到任何文献和产品出现。目前仅查到一份类似文献报道，题目为“IGBT用ヶ“一トト”ラブモシ“ユ一ル”(门电路驱动模块)，刊登在日本富士时报V0162NO.11 1989 P736上。该文没有详细技术说明，只有照片，内部电路无法得知，它的用途是对IGBT的驱动，不适于GTR的驱动。大功率晶体管为什么会被烧坏，这是因为在晶体管电压型的逆变器中，过电流保护通常采用霍尔传感器测量直流回路中的电流，然后再通过控制回路来切断GTR，检测时间较长，在此期间GTR有可能已被烧坏。本技术的目的是提供一个新的GTR基极驱动装置，它能够可靠地在外界电路发生短路或由于过载而使GTR工作进入非饱和区时，迅速切断GTR基极脉冲，使其得到保护。本技术的任务是这样完成的1)用普通低速的光电耦合器连在共基极放大器的发射极回路里来获得快速响应，这样可以减少光耦合晶体管的密封效应，降低元器件成本，2)用NE555构成斯密特触发器，对光电耦合器输出脉冲整形，电路简单，时间延时小，3)用MOS型晶体管作为接通功率放大部分的高速电子开关进行GTR基极脉冲的控制。整个电气装置按上述主要电路构成。当线路工作正常时，由斯密特触发器输出的方波脉冲，通过RC微分延时，再通过或门去打开高速电子开关，使方波脉冲通过功率放大去驱动GTR基极。如果外界电路发生短路或者由于过载而使GTR工作进入非饱和区，GTR饱和压降检测电路输出的信号将迫使高速电子开关迅速切断，即切断了GTR基极脉冲，达到了对GTR的保护。本驱动装置结构简单，调试方便，使用可靠，当按下面详述的实施例组接，由于零件少、成本低将会产生较明显的经济效益。以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。附图说明图1是本技术的装置电路方框图。图2是本技术的原理电路图。图3是本技术的试验线路图。参照图1，［1］为光电耦合器、［2］为共基极放大电路、［3］为斯密特触发器、［4］为高速电子开关、［5］为功率放大器、［6］为延时电路、［7］为或门、［8］为GTR饱和压降检测。该驱动装置由上述八部分电路组成。参照图2，用普通低速的光电耦合管作光电耦合器［1］连接在电阻R4、R5、R6和三极管Q5组成的共基极放大电路［2］的发射极回路中，来获得快速响应，还可以减少光电耦合管的密勒效应，从而降低成本。共基极放大电路［2］输出端与由NE555、电阻R7、MOS管子Q2组成的斯密特触发器［3｝的2、6脚相连。该触发器是将方波脉冲整形，线路简单时间延时小。斯密特触发器［3］输出端脚3与Q1高速电子开关［4］相连，其输出端与由电阻R8～R10、晶体管Q3、Q4组成的功率放大器［5］相接，功率放大器［5］的输出端与GTR连接。斯密特触发器［3］的脚3还与RC微分延时电路［6］的C一端相接，C的另一端与电阻R1～R3、稳压管ZD、集成电路IC1、IC2组成的或门电路［7］的脚2相连，或门电路［7］的输出端脚7与高速电子开关［4］Q1连接。IC1的脚5与晶体管D构成的GTR饱和压降检测电路［8］连接。本驱动装置的供电电压为＋10伏和－3.6伏两组。为了清楚完整说明该驱动装置，有必要进一步将其线路加以说明。由NE555输出的方波脉冲，首先经过RC微分延时电路［6］微分。微分时间常数必须略大于GTR的开启时间，否则过大的时间常数会造成GTR损耗增大。经过微分，将信号送到或门电路［7］中的电压比较器IC2的反相输入端，由于IC1、IC2电压比较器都是集电极开路形式，因此可以并联成“或”的状态。在脉冲到达期间比较器输出低电平，这就使P沟道MOS场效应Q1处于开启状态。于是EN555电路的输出脉冲被送到功率放大器［5］放大再去驱动GTR的基极。如果在微分时间内GTR已饱和导通，那么其集电极电压就降至饱和压降，通常在2伏左右。因为二极管D正向导通，使IC15号脚出现低电平，于是IC1处于低电平输出状态，这保证了P沟道MOS场效应Q1继续导通，也即GTR处于正常工作状态。一旦负载瞬时短路或者过载，GTR出现脱离饱和状态，那么GTR集电极电压就会瞬时上升，使IC1输出商高电平，高速电子开关将迅速关断Q1，从而切断GTR基极正向驱动脉冲。与此同时N沟道MOS场效应Q2导通，以致使PNP大功率管Q4导通，将－3伏左右的截止电压迅速加至GTR基极上，使其快速切断。参照图3，试验该保护器时，调节交流输入电压，待电容两端电压达到300VDC，启动函数发生器电源，将其频率调整在1KC，用示波器观察X－Y两端波形为1KC占空比50％的方波，正向峰值约＋2V，负向峰值约－3V，100W灯泡点亮。此时开关K突然将灯泡短路，X－Y两端正负脉冲仅几个微秒，电流表指示下降。如果反复接通、打开开关，GTR未发生烧毁现象，开关上也未见明显火花，就说明保护器是可靠的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速自保护式大功率管基极驱动装置，其特征在于它包括光电耦合器［１］、共基极放大电路［２］、斯密特触发器［３］、高速电子开关［４］、功率放大器［５］、延时电路［６］、或门［７］、ＣＴＲ饱和压降检测电路［８］，所述的光电耦合器［１］连接在所述的共基极放大电路［２］Ｑ５的发射极回路里，该放大电路由电阻Ｒ４～Ｒ６、晶体管Ｑ５组成，其输出端与所述的斯密特触发器［３］的脚２、ｂ相接，该触发器［３］由电阻Ｒ７、晶体管Ｑ２、集成电路ＮＥ５５５组成，它的输出端脚３与所述的高速电子开关［４］Ｑ１相连该开关［４］的输出端与所述的功率放大器［５］相连，该放大器［５］由电阻Ｒ８～Ｒ１０、晶体管Ｑ３、Ｑ４组成，它的输出端与ＧＴＲ连接，斯密特触发器［３］的脚３还与所述的微分延时电路［６］的Ｃ一端相接，Ｃ的另一端与所述的或门电路［７］的脚２相接，所述的微分延时电路［６］是ＲＣ电路，或门电路［７］由电阻Ｒ１～Ｒ３、晶体管ＺＤ、集成电路ＩＣ１、ＩＣ２组成，或门电路［７］的输出端脚７与高速电子开关［４］Ｑ１相接，脚５与所述的由二极管Ｄ构成的ＧＴＲ饱和压降检测电路［８］连接，整个装置由两组电源电压供电。

【技术特征摘要】
1.一种高速自保护式大功率管基极驱动装置，其特征在于它包括光电耦合器[1]、共基极放大电路[2]、斯密特触发器[3]、高速电子开关[4]、功率放大器[5]、延时电路[6]、或门[7]、CTR饱和压降检测电路[8]，所述的光电耦合器[1]连接在所述的共基极放大电路[2]Q5的发射极回路里，该放大电路由电阻R4～R6、晶体管Q5组成，其输出端与所述的斯密特触发器[3]的脚2、b相接，该触发器[3]由电阻R7、晶体管Q2、集成电路NE555组成，它的输出端脚3与所述的高速电子开关[4]Q1相连，该开关[4]的输出端与所述的功率放大器[5]...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启栋，
申请(专利权)人：机械电子工业部上海电器科学研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]