專利名稱：一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電路保護(hù)裝置，尤其涉及一種具有過流保護(hù)功能的絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
絕緣門極雙極型晶體管(Isolated Gate Bipolar Transistor)簡稱IGBT,也被稱為絕緣門極晶體管。由于絕緣門極晶體管內(nèi)具有寄生晶閘管，所以也可稱作為絕緣門極晶閘管，它是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。由于它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，所以它具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，又具有通態(tài)電壓低、耐壓高的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，備受歡迎，在電機(jī)控制、電力傳動、大功率開關(guān)電源、逆變器等電力電子裝置中，絕緣門極晶體管已成為理想的功率器件。然而在使用過程中，設(shè)計(jì)者往往只注重主回路及緩沖電路的設(shè)計(jì)，而忽略了絕緣門極晶體管驅(qū)動及過流保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，就連一些集成的絕緣門極晶體管驅(qū)動模塊如EXB841在設(shè)計(jì)上也存在過流保護(hù)閾值過高、虛假過流等缺陷，容易造成絕緣門極晶體管擊穿和所控制的設(shè)備損壞。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置，該裝置克服了現(xiàn)有分立絕緣門極晶體管電路的缺陷，當(dāng)絕緣門極晶體管過流時(shí)，保護(hù)電路起作用，及時(shí)的關(guān)斷絕緣門極晶體管，防止絕緣門極晶體管過流損壞，提高了絕緣門極晶體管工作的穩(wěn)定性。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置，包括控制箱和固定在控制箱內(nèi)的過流保護(hù)電路，所述過流保護(hù)電路包括輸入信號隔離電路、開關(guān)電路、絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce采樣電路、慢關(guān)斷電路、脈沖功率放大電路和絕緣門極晶體管IGBT，絕緣門極晶體管IGBT通過柵極電阻R6與脈沖功率放大電路連接，其特征在于:該過流保護(hù)電路還包括故障信號輸出電路，所述故障信號輸出電路是由故障判別電路、故障輸出延時(shí)電路和故障保持電路組成，故障判別電路的輸入端與三極管Q5的集電極相連，故障判別電路輸出接到故障輸出延時(shí)電路的輸入端，故障輸出延時(shí)電路的輸出端接到故障保持電路的輸入端；故障判別電路由電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12以及電壓比較器LM339A組成，正電源VCC與電阻R9、電阻R12依次串聯(lián)連接到參考地GND，電阻R9和電阻R12連接點(diǎn)連到比較器LM339A的5腳，比較器LM339A的12腳與參考地GND相連，LM339A的3腳與電源正極VCC相連，電阻Rll —端與比較器LM339A輸出腳2腳相連，Rll另一端連接到穩(wěn)壓管Z2陰極；故障輸出延時(shí)電路由電容C4、穩(wěn)壓二極管Z2、三極管Q7、電阻R13構(gòu)成，電容C4 一端連接到穩(wěn)壓二極管Z2陰極，C4另外一端與參考地GND相連，穩(wěn)壓二極管Z2陽極與三極管Q7基極相連，三極管Q7發(fā)射極經(jīng)電阻R13連接到參考地GND，Q7集電極與正電源VCC相連；故障保持電路由電阻R8、電容C3和D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，正電源VCC經(jīng)電阻R8、電容C3連接到參考地GND，D觸發(fā)器74LS74 2腳與電源地GND相連，3腳與三極管Q7發(fā)射極相連，74LS74的I腳與正電源VCC相連，5腳為輸出信號。[0005]在上述的技術(shù)方案中，當(dāng)絕緣門極晶體管IGBT導(dǎo)通時(shí)如果集電極出現(xiàn)過流，集電極和發(fā)射極電壓將升高，達(dá)到7V左右，此時(shí)二極管Dl截止，電容Cl上的電壓逐漸升高，當(dāng)電壓升高到13V左右時(shí)穩(wěn)壓二極管Zl導(dǎo)通，緊接著三極管Q5導(dǎo)通，電容C2逐漸放電到負(fù)電源VL電壓，此過程即實(shí)現(xiàn)了絕緣門極晶體管IGBT過流時(shí)的軟關(guān)斷。絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，故障判別電路中的電壓比較器LM339A反相端的電壓始終高于同相端的電壓，電壓比較器的輸出始終為低電平，D觸發(fā)器74LS74的輸出為高電平，一旦絕緣門極晶體管IGBT出現(xiàn)過流，LM339A的同相端電壓高于反相端電壓，比較器輸出高電平，若高電平持續(xù)的時(shí)間過短(通常是幾u(yù)s)，故障輸出延遲電路中的穩(wěn)壓二極管Z2不會導(dǎo)通，以此來判斷是否是虛假過流信號，若高電平持續(xù)的時(shí)間超過7微秒則Z2導(dǎo)通，故障保持電路中的觸發(fā)器74LS74輸出端有高到低的電平跳變，即有一個(gè)下降沿到來，下降沿可以作為微處理器外部中斷的觸發(fā)信號，關(guān)閉絕緣門極晶體管IGBT，有效地保護(hù)了絕緣門極晶體管IGBT，防止了絕緣門極晶體管IGBT被擊穿，提高了絕緣門極晶體管工作的穩(wěn)定性IGBT。

圖1是本實(shí)用新型一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置中過流保護(hù)電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2所示，本實(shí)施例包括控制箱I和固定在控制箱I內(nèi)的過流保護(hù)電路，過流保護(hù)電路包括輸入信號隔離電路2、開關(guān)電路3、絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce采樣電路4、慢關(guān)斷電路5、脈沖功率放大電路6和絕緣門極晶體管IGBT，絕緣門極晶體管IGBT通過柵極電阻R6與脈沖功率放大電路6連接，該過流保護(hù)電路還包括故障信號輸出電路，故障信號輸出電路是由故障判別電路7、故障輸出延時(shí)電路8和故障保持電路9組成。本實(shí)施例中，由圖2可見:一路正負(fù)電源，正電源VH，參考地VM，負(fù)電源VL ;—路控制電路工作電源，正電源VCC、參考地GND。輸入信號隔離電路2是由一高速光耦6N137組成，6N137的4腳與開關(guān)電路3中的三極管Q3基極相連，6N137的3腳接負(fù)電源VL。開關(guān)電路3是由電阻R4、電阻R5、三極管Q6和電阻R1、三極管Q3構(gòu)成，正電源VH經(jīng)電阻R5連接到三極管Q6集電極，電阻R4 —端與正電源VH相連，R4另一端與三極管Q6基極相連，三極管Q6發(fā)射極連到負(fù)電源VL，正電源VH經(jīng)電阻Rl與三極管Q3集電極相連，三極管Q3發(fā)射極接到負(fù)電源VL。絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce采樣電路4是由電容Cl、電阻R7、電阻R3、二極管D1、穩(wěn)壓二極管Zl組成，電容Cl并接于三極管Q6的集電極和發(fā)射極之間，電阻R7 一端接到穩(wěn)壓二極管Zl陰極，另外一端接到三極管Q6集電極，穩(wěn)壓二極管Zl陽極與三極管Q5基極相連，電阻R3—端與二極管Dl陽極相連，另一端連接到穩(wěn)壓二極管Zl的陰極，二極管Dl陰極與絕緣門極晶體管集電極相連。慢關(guān)斷電路5是由三極管Q5、電阻R2、電阻R1、二極管D2以及電容C2組成，正電源VH經(jīng)電阻R2與三極管Q5集電極相連，Q5發(fā)射極接到負(fù)電源VL，電阻Rl —端連接到正電源VH，另一端與三極管Ql基極相連，二極管D2陽極連接到三極管Ql基極，二極管D2陰極連接到三極管Q5集電極，電容C2并接在三極管Q5的集電極和發(fā)射極之間。脈沖功率放大電路6是由三極管Ql和三極管Q4組成，三極管Ql為NPN型三極管，三極管Q4為PNP型三極管，三極管Ql基極與三極管Q4基極相連，Ql發(fā)射極和Q4發(fā)射極相連，Ql基極連到三極管Q3集電極，Ql集電極連到正電源VH，Q4集電極接到負(fù)電源VL，Q4發(fā)射極與柵極柵極電阻R6相連。故障信號輸出電路包括故障判別電路、故障輸出延時(shí)電路和故障保持電路，故障判別電路由電阻R9、電阻R10、電阻Rl 1、電阻R12以及電壓比較器LM339A組成，正電源VCC與電阻R9、電阻R12依次串聯(lián)連接到參考地GND，電阻R9和電阻R12連接點(diǎn)連到比較器LM339A的5腳，比較器LM339A 12腳與參考地GND相連，LM339A 3腳與電源正極VCC相連，電阻Rll —端與比較器LM339A輸出腳2腳相連，Rll另一端連接到穩(wěn)壓管Z2陰極，故障輸出延時(shí)電路由電容C4、穩(wěn)壓二極管Z2、三極管Q7、電阻R13構(gòu)成，電容C4 一端連接到穩(wěn)壓二極管Z2陰極，C4另外一端與參考地GND相連，穩(wěn)壓二極管Z2陽極與三極管Q7基極相連，三極管Q7發(fā)射極經(jīng)電阻R13連接到參考地GND，Q7集電極與正電源VCC相連，故障保持電路由電阻R8、電容C3和D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，正電源VCC經(jīng)電阻R8、電容C3連接到參考地GND，D觸發(fā)器74LS74 2腳與電源地GND相連，3腳與三極管Q7發(fā)射極相連，74LS74的I腳與正電源VCC相連，5腳為輸出信號。在本實(shí)施例中:(I)、絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通狀態(tài)時(shí):當(dāng)高速光耦6N137的輸入側(cè)發(fā)光二極管上有大約IOmA左右的電流流過時(shí)，高速光耦6N137輸出側(cè)的光電三極管導(dǎo)通。此時(shí)開關(guān)電路中的開關(guān)管Q3和Q6處于截止?fàn)顟B(tài)，由于Q6的截止，使得電容Cl充電，電容Cl上的充電電壓由電阻R5、電阻R7和電阻R3決定。正常導(dǎo)通時(shí)，絕緣門極晶體管IGBT集電極和發(fā)射極的電壓大約在2.5V左右，此時(shí)的二極管Dl是導(dǎo)通的。由于三極管Q3的截止，Q3集電極的電位接近正電源VH的電壓，此時(shí)功率放大電路中的三極管Ql導(dǎo)通，Q4截止，絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通。與此同時(shí)，電容C2由正電源VH經(jīng)過電阻R1、二極管D2充電，最后充電電壓近似為正電源VH的電壓。在絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通期間，故障保持電路9中的輸出端5腳輸出高電平。(2)、絕緣門極晶體管IGBT正常關(guān)斷狀態(tài)時(shí):當(dāng)高速6N137光耦輸入側(cè)無電流流過時(shí)，光耦輸出側(cè)的光電三極管截止，開關(guān)電路3中的三極管Q3和Q6飽和導(dǎo)通，此時(shí)電容Cl放電，放電后電壓接近負(fù)電源VL電壓。另外，絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce電壓采樣電路4中的穩(wěn)壓二極管Zl、二極管Dl和功率放大電路6的三極管Q5均截止，絕緣門極晶體管IGBT正常關(guān)斷。在絕緣門極晶體管IGBT正常關(guān)斷期間，故障保持電路9中的輸出端5腳輸出高電平。(3)絕緣門極晶體管IGBT過流保護(hù)狀態(tài):當(dāng)絕緣門極晶體管IGBT導(dǎo)通時(shí)如果集電極出現(xiàn)過流，集電極和發(fā)射極電壓將升高，達(dá)到7V左右，此時(shí)二極管Dl截止，電容Cl上的電壓逐漸升高，當(dāng)電壓升高到13V左右時(shí)穩(wěn)壓二極管Zl導(dǎo)通，緊接著三極管Q5導(dǎo)通，電容C2逐漸放電到負(fù)電源VL電壓，此過程即實(shí)現(xiàn)了絕緣門極晶體管IGBT過流時(shí)的軟關(guān)斷。絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，電壓比較器LM339A反相端的電壓始終高于同相端的電壓，電壓比較器的輸出始終為低電平，D觸發(fā)器74LS74的輸出為高電平，一旦絕緣門極晶體管IGBT出現(xiàn)過流，LM339A的同相端電壓高于反相端電壓，比較器輸出高電平，若高電平持續(xù)的時(shí)間過短(通常是幾u(yù)s)，穩(wěn)壓二極管Z2不會導(dǎo)通，以此來判斷是否是虛假過流信號，若高電平持續(xù)的時(shí)間超過7us則Z2導(dǎo)通，觸發(fā)器74LS74輸出端有高到低的電平跳變，即有一個(gè)下降沿到來，下降沿可以作為微處理器外部中斷的觸發(fā)信號，關(guān)閉絕緣門極晶體管IGBT。在上述實(shí)施例中，當(dāng)絕緣門極晶體管IGBT的集電極電流在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通和關(guān)閉，故障輸出電路輸出高電平，一旦絕緣門極晶體管IGBT中出現(xiàn)過流，慢關(guān)斷電路動作，封鎖絕緣門極晶體管IGBT驅(qū)動信號，防止絕緣門極晶體管IGBT因過流發(fā)生擊穿，同時(shí)故障輸出電路輸出低電平，此低電平可以作為微處理器外部中斷的觸發(fā)信號，以便微處理器能及時(shí)對異常情況進(jìn)行處理。
權(quán)利要求1.一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置，包括控制箱和固定在控制箱內(nèi)的過流保護(hù)電路，所述過流保護(hù)電路包括輸入信號隔離電路、開關(guān)電路、絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce采樣電路、慢關(guān)斷電路、脈沖功率放大電路和絕緣門極晶體管IGBT，絕緣門極晶體管IGBT通過柵極電阻R6與脈沖功率放大電路連接，其特征在于:該過流保護(hù)電路還包括故障信號輸出電路，所述故障信號輸出電路是由故障判別電路、故障輸出延時(shí)電路和故障保持電路組成，故障判別電路的輸入端與三極管Q5的集電極相連，故障判別電路輸出接到故障輸出延時(shí)電路的輸入端，故障輸出延時(shí)電路的輸出端接到故障保持電路的輸入端；故障判別電路由電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻Rl2以及電壓比較器LM339A組成，正電源VCC與電阻R9、電阻R12依次串聯(lián)連接到參考地GND，電阻R9和電阻Rl2連接點(diǎn)連到比較器LM339A的5腳，比較器LM339A的12腳與參考地GND相連，LM339A的3腳與電源正極VCC相連，電阻Rll —端與比較器LM339A輸出腳2腳相連，Rll另一端連接到穩(wěn)壓管Z2陰極；故障輸出延時(shí)電路由電容C4、穩(wěn)壓二極管Z2、三極管Q7、電阻R13構(gòu)成，電容C4 一端連接到穩(wěn)壓二極管Z2陰極，C4另外一端與參考地GND相連，穩(wěn)壓二極管Z2陽極與三極管Q7基極相連，三極管Q7發(fā)射極經(jīng)電阻R13連接到參考地GND，Q7集電極與正電源VCC相連；故障保持電路由電阻R8、電容C3和D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，正電源VCC經(jīng)電阻R8、電容C3連接到參考地GND，D觸發(fā)器74LS74 2腳與電源地GND相連，3腳與三極管Q7發(fā)射極相連，74LS74的I腳與正電源VCC相 連，5腳為輸出信號。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種絕緣門極晶體管過流保護(hù)裝置，包括控制箱和固定在控制箱內(nèi)的過流保護(hù)電路，過流保護(hù)電路包括輸入信號隔離電路、開關(guān)電路、絕緣門極晶體管集電極-發(fā)射極電壓Vce采樣電路、慢關(guān)斷電路、脈沖功率放大電路、故障信號輸出電路和絕緣門極晶體管IGBT。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，當(dāng)絕緣門極晶體管IGBT集電極電流在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，絕緣門極晶體管IGBT正常導(dǎo)通和關(guān)閉，故障信號輸出電路輸出高電平，一旦絕緣門極晶體管IGBT中出現(xiàn)過流，保護(hù)電路起作用，及時(shí)的關(guān)斷絕緣門極晶體管IGBT，有效地防止了絕緣門極晶體管IGBT過流損壞，提高了絕緣門極晶體管IGBT工作的穩(wěn)定性。
文檔編號H02H7/22GK203166490SQ20132014798
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者王陳寧, 徐曉峰, 查長禮 申請人:王陳寧