專利名稱：一種igbt功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力電子技術領域，特別涉及到一種IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路。
背景技術：
電力電子技術在當今急需節(jié)能降耗的工業(yè)領域扮演著及其重要的角色，其中的 IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)，因其驅(qū)動功率小、開關速度快、飽和壓降低、耐高壓、大電流等一系列應用上的優(yōu)點，在諸如逆變器、變頻器、大功率開關電源等電力電子技術的能量變換與管理應用中深受行業(yè)設計開發(fā)人員的青睞，成為各種主回路的首選功率開關器件。IGBT的耐用程度和使用壽命直接關系到整個系統(tǒng)的可靠性，在一系列的IGBT使用故障中，由于其驅(qū)動和保護電路設計存在缺陷而造成的IGBT模塊損壞的情況占極大比例。另外，IGBT模塊主要靠國外進口，其價格十分昂貴，一旦損壞， 經(jīng)濟損失嚴重。因此，如何安全可靠地驅(qū)動IGBT工作，已成為越來越多的設計工程師面臨需要解決的課題?，F(xiàn)有的IGBT驅(qū)動保護技術方式眾多，不乏巧妙之作，但也存在著各種不足之處 如結(jié)構復雜、價格昂貴、功能不完善、當橋路存在邏輯連接錯誤或者部分元件工作不正常時，均會出現(xiàn)橋路直通短路等永久性損壞等等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，保證在直流母線過壓、過流等情況下不損壞IGBT橋路模塊，并有效避免系統(tǒng)工作時因干擾或不穩(wěn)定而出現(xiàn)的邏輯錯誤造成元器件損壞。本實用新型的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路包括IGBT功率開關管橋路單元、直流母線過壓過流保護單元、交流輸出實時監(jiān)測單元、邏輯驅(qū)動保護單元和時序邏輯產(chǎn)生單元，所述IGBT功率開關管橋路單元的輸入端與直流母線過壓過流保護單元相連，輸出端與交流輸出實時監(jiān)測單元相連；所述邏輯驅(qū)動保護單元的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述邏輯驅(qū)動保護單元的輸出端與 IGBT功率開關管橋路單元相連。當直流母線出現(xiàn)過壓過流等情況時，直流母線過壓過流保護單元會控制IGBT功率開關管橋路單元與直流母線的輸入斷開，以保護IGBT功率開關管橋路單元；一旦交流輸出實時監(jiān)測單元檢測到IGBT功率開關管橋路單元的輸出電流值超過預定范圍，將向邏輯驅(qū)動保護單元發(fā)出報警信號進入中斷保護，從而關斷IGBT功率開關管，停止逆變，以實現(xiàn)對IGBT功率開關管橋路單元的雙重保護。具體來說，所述直流母線過壓過流保護單元由串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器及并聯(lián)在直流母線的正負極之間的壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和電容組成，所述IGBT功率開關管橋路單元的輸入端并聯(lián)于直流母線正負極之間。當直流母線出現(xiàn)過流時，串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器熔斷，從而使IGBT功率開關管橋路單元與直流母線的輸入斷開；同樣，當直流母線出現(xiàn)過壓時，并聯(lián)在直流母線的正負極之間的壓敏電阻相當于短路，這樣直流母線的正負極之間就會出現(xiàn)較大的電流，使得串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器熔斷，從而使IGBT功率開關管橋路單元與直流母線的輸入斷開；同樣，當直流母線出現(xiàn)高頻干擾時，并聯(lián)在直流母線的正負極之間的電容相對于高頻干擾信號來說相當于短路，這樣直流母線的高頻干擾信號就會直接通過電容，而不會通過IGBT功率開關管橋路單元。所述交流輸出實時監(jiān)測單元由串聯(lián)在IGBT功率開關管橋路單元的輸出端的霍爾傳感器和與霍爾傳感器輸出端相連的電壓比較電路組成。霍爾傳感器串聯(lián)在交流輸出端， 監(jiān)測交流輸出電流的瞬時值并轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過電壓比較電路將監(jiān)測得到的電壓信號與給定電壓-Uref、+toef進行比較，若監(jiān)測得到的電壓信號處于預定范圍[-Uref，+Uref ]之間，則中斷保護信號FO為低電平，當監(jiān)測得到的電壓信號超出預定范圍[-Uref，+Uref ]時，則中斷保護信號FO為高電平，發(fā)生中斷保護。所述邏輯驅(qū)動保護單元由驅(qū)動單元和光電隔離電路組成，所述驅(qū)動單元的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述驅(qū)動單元的輸出端經(jīng)光電隔離電路與IGBT功率開關管的控制端相連。所述驅(qū)動單元根據(jù)交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出信號及時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出信號來控制IGBT功率開關管的通斷。當中斷保護信號FO輸出為高電平時，驅(qū)動單元控制IGBT功率開關管關斷，以保護IGBT 功率開關管。上述驅(qū)動單元可以利用可編程邏輯控制電路來實現(xiàn)，將交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端與可編程邏輯控制電路的一個輸入端連接，當該輸入端為高電平時，可編程邏輯控制電路就控制其輸出腳輸出低電平，以關斷IGBT功率開關管。光電隔離電路可以消除信號干擾、防止IGBT功率開關管誤觸發(fā)。在交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端為低電平時， 驅(qū)動單元就根據(jù)時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出信號來控制IGBT功率開關管的通斷。本實用新型的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路采用了新型復合材料穩(wěn)壓器件組合來保護直流母線端的過壓過流，具有顯著的可靠性，并且結(jié)構簡單，易實現(xiàn)；并通過對IGBT橋路輸出電流的實時監(jiān)測，輸出中斷保護信號F0，實現(xiàn)了對GBT橋路的雙重保護，具有可靠性高、結(jié)構簡單、成本低廉、實用性強等明顯優(yōu)點。

圖1是本實用新型的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路的原理框圖。圖2是本實用新型的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路中的直流母線過壓過流保護單元及交流輸出實時監(jiān)測單元的電路原理圖。圖3是本實用新型的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路中的邏輯驅(qū)動保護單元的連接關系圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖來詳細說明本實用新型。實施例如圖1所示，本實施例的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路包括IGBT功率開關管橋路單元2、直流母線過壓過流保護單元1、交流輸出實時監(jiān)測單元3、邏輯驅(qū)動保護單元4和時序邏輯產(chǎn)生單元6，IGBT功率開關管橋路單元2的輸入端通過直流母線過壓過流保護單元1與電源5相連，輸出端與交流輸出實時監(jiān)測單元3相連；邏輯驅(qū)動保護單元4的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元3的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元6的輸出端相連，邏輯驅(qū)動保護單元4的輸出端與IGBT功率開關管橋路單元2相連。如圖2所示，直流母線過壓過流保護單元由串聯(lián)在電源5的直流母線正極中的快速熔斷器Fu及并聯(lián)在直流母線的正負極之間的壓敏電阻RV、瞬態(tài)電壓抑制器TVS、耐高壓電容C2組成，IGBT功率開關管橋路單元2的輸入端并聯(lián)于直流母線正負極之間。當直流母線出現(xiàn)過流時，串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器Fu熔斷，切斷主回路，從而使IGBT 功率開關管橋路單元2與電源5直流母線的輸入斷開；同樣，當直流母線出現(xiàn)過壓時，并聯(lián)在直流母線的正負極之間的壓敏電阻RV和瞬態(tài)電壓抑制器TVS相當于短路，這樣直流母線的正負極之間就會出現(xiàn)較大的電流，使得串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器Fu熔斷，切斷主回路，從而使IGBT功率開關管橋路單元2與電源5直流母線的輸入斷開。耐高壓電容 C2可以過濾掉母線中出現(xiàn)的高頻干擾。圖中電容Cl為濾波電容，為IGBT功率開關管橋路單元2提供較純凈的直流電輸入。如圖2所示，交流輸出實時監(jiān)測單元3由串聯(lián)在IGBT功率開關管橋路單元2的輸出端的霍爾傳感器和與霍爾傳感器輸出端相連的電壓比較電路組成。電壓比較電路由運放 Lm211與電阻、電容等搭建而成，圖中電阻Rl、R2和電阻R4、R5為分壓電阻，分別產(chǎn)生基準電壓-Uref、+Uref ；電阻R6、R7為上拉電阻。該電壓比較電路為成熟電路，此處不再贅述。 霍爾傳感器串聯(lián)在IGBT功率開關管橋路單元2的交流輸出端，監(jiān)測交流輸出電流的瞬時值并轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過電壓比較電路將監(jiān)測得到的電壓信號與給定電壓-Uref、+Uref進行比較，若監(jiān)測得到的電壓信號處于預定范圍[-Uref，+Uref ]之間，則中斷保護信號FO 為低電平，當監(jiān)測得到的電壓信號超出預定范圍[-Uref，+Uref ]時，則中斷保護信號FO 輸出為高電平，發(fā)生中斷保護。如圖3所示，邏輯驅(qū)動保護單元4由可編程邏輯控制電路41組成的驅(qū)動單元和光電隔離電路42組成，可編程邏輯控制電路41的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元3的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元6的輸出端相連，可編程邏輯控制電路41的的輸出端經(jīng)光電隔離電路42與IGBT功率開關管的控制端相連?？删幊踢壿嬁刂齐娐?1根據(jù)交流輸出實時監(jiān)測單元3的輸出信號及時序邏輯產(chǎn)生單元6的輸出信號來控制IGBT功率開關管的通斷。 當交流輸出實時監(jiān)測單元3檢測到IGBT功率開關管橋路單元2的輸出電流超過預定范圍時，實時監(jiān)測單元3輸出中斷保護信號FO為高電平，可編程邏輯控制電路41就控制其輸出腳輸出低電平，以關斷IGBT功率開關管。當交流輸出實時監(jiān)測單元3檢測到IGBT功率開關管橋路單元2的輸出電流在預定范圍時，交流輸出實時監(jiān)測單元3的輸出端FO為低電平， 可編程邏輯控制電路41就根據(jù)時序邏輯產(chǎn)生單元6的輸出信號來控制IGBT功率開關管的通斷。光電隔離電路42可以消除信號干擾、防止IGBT功率開關管誤觸發(fā)。光電隔離電路 42的設計主要考慮所選光電耦合器件的開關通斷速率以及其匹配電阻，推薦HCPL-4504、 TLP559 等。當直流母線出現(xiàn)過壓過流等情況時，直流母線過壓過流保護單元1會控制IGBT功率開關管橋路單元2與直流母線的輸入斷開，以保護IGBT功率開關管橋路單元2 ；當交流輸出實時監(jiān)測單元3檢測到IGBT功率開關管橋路單元2的輸出超過預定范圍時，實時監(jiān)測單元3輸出信號FO為高電平，此時可編程邏輯控制電路41就控制其輸出腳輸出低電平，以關斷IGBT功率開關管，以實現(xiàn)對IGBT功率開關管橋路單元的雙重保護。 綜上，本實用新型對IGBT功率開關管橋路采用了多重保護措施，可靠性強。
權利要求1.一種IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，其特征在于包括IGBT功率開關管橋路單元、直流母線過壓過流保護單元、交流輸出實時監(jiān)測單元、邏輯驅(qū)動保護單元和時序邏輯產(chǎn)生單元，所述IGBT功率開關管橋路單元的輸入端與直流母線過壓過流保護單元相連，輸出端與交流輸出實時監(jiān)測單元相連；所述邏輯驅(qū)動保護單元的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述邏輯驅(qū)動保護單元的輸出端與 IGBT功率開關管橋路單元相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，其特征在于所述直流母線過壓過流保護單元由串聯(lián)在直流母線正極中的快速熔斷器及并聯(lián)在直流母線的正負極之間的壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器和電容組成，所述IGBT功率開關管橋路單元的輸入端并聯(lián)于直流母線正負極之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，其特征在于所述交流輸出實時監(jiān)測單元由串聯(lián)在IGBT功率開關管橋路單元的輸出端的霍爾傳感器和與霍爾傳感器輸出端相連的電壓比較電路組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，其特征在于所述邏輯驅(qū)動保護單元由驅(qū)動單元和光電隔離電路組成，所述驅(qū)動單元的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出端相連，所述驅(qū)動單元的輸出端經(jīng)光電隔離電路與IGBT功率開關管的控制端相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，其特征在于所述驅(qū)動單元為可編程邏輯控制電路。
專利摘要本實用新型提出了一種IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路，包括IGBT功率開關管橋路單元、直流母線過壓過流保護單元、交流輸出實時監(jiān)測單元、邏輯驅(qū)動保護單元和時序邏輯產(chǎn)生單元，IGBT功率開關管橋路單元的輸入端與直流母線過壓過流保護單元相連，輸出端與交流輸出實時監(jiān)測單元相連；邏輯驅(qū)動保護單元的輸入端分別與交流輸出實時監(jiān)測單元的輸出端和時序邏輯產(chǎn)生單元的輸出端相連，邏輯驅(qū)動保護單元的輸出端與IGBT功率開關管橋路單元相連。上述IGBT功率開關管橋路的驅(qū)動保護電路具有過壓過流保護功能，并通過對IGBT橋路輸出電流的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了對IGBT橋路的雙重保護，可靠性高、結(jié)構簡單、成本低廉、實用性強。
文檔編號H02H7/20GK201946962SQ20112010568
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者易其亨, 林錫波, 鄺宇 申請人:中國科學院廣州電子技術研究所