專利名稱：具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，更具體的說，尤其涉及一種 可有效地檢測出器件的過流、異常導(dǎo)通和截止的功率器件驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與成熟，大功率的電力電子器件，例如IGBT，IGCT，IEGT， Mosfet等也越來越多的應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品中。
目前的電力電子器件技術(shù)與制造工藝已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但是電力電子器件 得到可靠應(yīng)用的有效保證就完全依賴于驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路設(shè)計(jì)。目前通用的保護(hù)電路為 采集Vcesat (導(dǎo)通壓降)電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電子器件電流的檢測，實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)，但其對(duì)于 驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平、但功率器件異常導(dǎo)通的狀態(tài)不能有效檢測。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種可有效地檢測出器件的過流、 異常導(dǎo)通和截止的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，包括過流檢測電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋 電路；所述過流檢測電路包括二極管D1、穩(wěn)壓管Z1、三極管Tl和光電耦合器IC2，Zl的陰 極、陽極分別與Dl的陽極、Tl的基極相連接，Tl的集電極經(jīng)電阻R4與IC2的初級(jí)發(fā)光二極 管相連接，IC2的次級(jí)光敏三極管的集電極形成過流檢測電路的輸出信號(hào)SC ；D1的陰極與 功率器件VTl相連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga經(jīng)電阻R1、R2分別與功率器件VTl的控制端、Dl的陽極 相連接；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路包括二極管D2、穩(wěn)壓管Z2、三極管T3和光電耦合器IC3，D2 的陰極與Dl的陰極相連接；Z2的陽極、陰極分別與T2的基極、D2的陽極相連接，T2的集電 極經(jīng)電阻R8與IC3的初級(jí)發(fā)光二極管相連接，IC3的次級(jí)光敏三極管的集電極形成驅(qū)動(dòng)信 號(hào)反饋電路的輸出信號(hào)FS ;所述Z2的陰極經(jīng)電阻R6與驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極相連接。
本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，所述光電耦合器IC2和IC3的初級(jí) 發(fā)光二極管的陽極均接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極上，次級(jí)光敏三極管的發(fā)射極均接于信號(hào)側(cè)電源 地上，次級(jí)光敏三極管的集電極分別經(jīng)電阻R5、R9分別接于信號(hào)側(cè)電源正極上；三極管Tl 和T2的發(fā)射極均接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源地上，基極分別經(jīng)電阻R3、R7接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源地上；信號(hào) 側(cè)電源正極、驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極分別為+5V、+15V。
本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，包括具有隔離作用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化 電路ICl和可編程邏輯電路IC4，驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化電路ICl用于將O +5V的原始驅(qū)動(dòng)信號(hào) Gs轉(zhuǎn)化為-10 +15V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga ;過流檢測電路的輸出信號(hào)SC、驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路的 輸出信號(hào)FS均與可編程邏輯電路IC4的輸入端相連接，可編程邏輯電路IC4的輸出端產(chǎn)生 原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs ;所述可編程邏輯電路IC4連接有主控設(shè)備或上位PC機(jī)。
本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)Vscmax為功率器件VTl導(dǎo)通壓降 的最大值，所述穩(wěn)壓管Zl和Z2的方向擊穿電源均等于Vscmax。
本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明的電路可用于IGBT或Mosfet等高速開關(guān)動(dòng)作的電力電子功率器件的驅(qū) 動(dòng)，是一種IGBT或Mosfet等功率器件的驅(qū)動(dòng)異常檢測電路，主要特點(diǎn)是能夠根據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)出 的信號(hào)實(shí)時(shí)反饋IGBT或其他功率開關(guān)管的實(shí)際執(zhí)行動(dòng)作是否和驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致，同時(shí)檢測 IGBT或其他功率開關(guān)管的導(dǎo)通壓降Vcesat的數(shù)值，判斷功率開關(guān)管是否出現(xiàn)短路過流而 給予及時(shí)的保護(hù)，防止功率開關(guān)管的由于誤導(dǎo)通或誤關(guān)斷等造成的損壞。
(2)本發(fā)明提出的電路具有器件成本低，電路簡單可靠，抗干擾能力強(qiáng)，具有較強(qiáng) 的適應(yīng)性和推廣性，可作為目前大功率電力電子器件驅(qū)動(dòng)的優(yōu)選電路。
(3)可以通過改變Zl的選型，來自由調(diào)節(jié)對(duì)功率器件的保護(hù)界限，有效的保證了 電路的實(shí)用性與適應(yīng)性。
(4)通過時(shí)時(shí)檢測電力電子開關(guān)器件的動(dòng)作狀態(tài)是否與驅(qū)動(dòng)信號(hào)一致，能夠有效 檢查出由于工藝或環(huán)境因素導(dǎo)致的接觸不良、誤驅(qū)動(dòng)、干擾等原因產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)異?，F(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
圖中1驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化電路ICl，2可編程邏輯電路IC4。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，給出了本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路的電路圖，其分 為過流檢測電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路兩部分。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路有兩套隔離電源，分別為 信號(hào)側(cè)電源和驅(qū)動(dòng)側(cè)電源，信號(hào)側(cè)電源為Vcc_+5V、GND ;信號(hào)側(cè)電源為VCC_+15V、VCC_-10V 和 Vcc_0V。
過流檢測電路由二極管D1、穩(wěn)壓管Z1、三極管Tl、光電耦合器IC2以及電阻R2、 R3、R4和R5組成；所示的穩(wěn)壓管Zl的陽極、陰極分別于Tl的基極、Dl的陽極相連接，Zl的 陰極經(jīng)R2后與驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga相連接；D1的陰極(C點(diǎn))與功率器件VTl相連接，例如接于功 率器件IGBT的集電極上，對(duì)于可控整流和逆變電路來說，C點(diǎn)與直流母線或輸出端相連接。 Tl的發(fā)射極、Tl的基極經(jīng)電阻R3均接于Vcc_0V上，Tl的集電極經(jīng)電阻R4后接于光電耦 合器IC2的初級(jí)發(fā)光二極管上；IC2次級(jí)光敏三極管的集電極經(jīng)電阻R5接于Vcc_+15V上， 發(fā)射極接于GND上，IC2次級(jí)光敏三極管的集電極形成過流檢測電路的輸出信號(hào)SC。驅(qū)動(dòng) 信號(hào)轉(zhuǎn)化電路ICll用于將O 5V的原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs轉(zhuǎn)化為-10 +15V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga， 并具有光電隔離的作用。
驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路有二極管D2、穩(wěn)壓管Z2、三極管T2、光電耦合器IC3以及電阻 R6、R7、R8和R9組成，所示的穩(wěn)壓管Z2的陽極、陰極分別與T2的基極、D2的陽極相連接， Z2的陰極經(jīng)上拉電阻R6接于Vcc_+15V上，D2的陰極與Dl的陰極相連接。T2的發(fā)射極、 T2的基極經(jīng)R7后接于Vcc_0V上，T2的集電極經(jīng)R8接于IC3的初級(jí)發(fā)光二極管上；IC3次 級(jí)光敏三極管的集電極經(jīng)R9基于Vcc_+5V上，發(fā)射極接于GND上，IC3次級(jí)光敏三極管的 集電極形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路的輸出信號(hào)FS。過流檢測電路的輸出信號(hào)SC、驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋 電路的輸出信號(hào)FS均與可編程邏輯電路IC42的輸入端相連接，可編程邏輯電路IC42的輸出端產(chǎn)生原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs ;可編程邏輯電路IC42可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)SC、FS和Gs運(yùn)算和處理， 對(duì)功率器件的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷，并可將信息上傳至主控設(shè)備或上位PC機(jī)上；當(dāng)出現(xiàn)過流或驅(qū)動(dòng)異常時(shí)，其可將Gs信號(hào)封鎖。設(shè)Vscmax為功率器件VTl導(dǎo)通壓降的最大值，所述穩(wěn)壓管Zl和Z2的反向擊穿電壓均應(yīng)選為Vscmax。
在驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga為高電平時(shí)(I)如果VTl在Rl的限流下(IGBT或Mosfet等開關(guān)管)正常導(dǎo)通。對(duì)于過流檢測電路來說，信號(hào)Ga會(huì)通過R2，Dl、VT1產(chǎn)生一個(gè)通路電流，此時(shí)A點(diǎn)對(duì)Vcc_0V的電位為Dl的導(dǎo)通壓降(Vdl)與VTl的導(dǎo)通壓降(Vcesat)之和，A點(diǎn)電位記為Vsc,則Vsc = Vdl + Vcesat0 此時(shí)的A點(diǎn)電壓會(huì)低于Zl的反向擊穿電壓,Zl、T1均處于截止?fàn)顟B(tài),輸出信號(hào)SC保持高電平不便。對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路來說，B點(diǎn)的電壓也等于Dl的導(dǎo)通壓降(Vdl)與VTl的導(dǎo)通壓降(Vcesat)之和，為Vdl + Vcesat0此時(shí)的B點(diǎn)電壓會(huì)低于Z2的反向擊穿電壓，Z2、 T2均處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出信號(hào)FS為高電平。
(2)如果VTl未能正常導(dǎo)通(例如驅(qū)動(dòng)信號(hào)線未能可靠連接)，而是處于截止?fàn)顟B(tài)； 此時(shí)C點(diǎn)的點(diǎn)位為正常的母線電壓，DU D2均處于截止?fàn)顟B(tài)，B點(diǎn)的電壓被電阻R6上拉至 Vcc_+15V，A點(diǎn)的電壓等于驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga的高電平電壓Vcc_+15V，此時(shí)Z1、T1和Z2、T2均會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號(hào)FS、SC均為低電平信號(hào)。
(3)如果VTl在Rl的限流下正常導(dǎo)通，VTl導(dǎo)通后出現(xiàn)大于設(shè)計(jì)的電流限值，此時(shí) Vcesat會(huì)變大，當(dāng)A點(diǎn)和B點(diǎn)電位出現(xiàn)大于Vscmax時(shí)，此時(shí)Ζ1、Τ1和Ζ2、Τ2均會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號(hào)FS、SC均為低電平信號(hào)。此時(shí)可檢測出VTl出現(xiàn)過流異?，F(xiàn)象。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga為低電平時(shí)(I)如果VTl按正常情況處于截止?fàn)顟B(tài)，則C點(diǎn)電位為正常的母線電壓；D1和D2均處于截止?fàn)顟B(tài)，A點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga的低電平信號(hào)，Z1、Tl處于截止?fàn)顟B(tài),輸出信號(hào)SC為高電平。B點(diǎn)被電阻R6上拉至Vcc_+15V，Z2、T2處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號(hào)FS為低電平。
(2)如果VTl沒有按正常情況處于截止?fàn)顟B(tài)，而是處于導(dǎo)通狀態(tài)(例如由于外部干擾或VTl本身原因使得VTl異常開通)，A點(diǎn)、B點(diǎn)的電位均為Vdl + Vcesat，此時(shí)Z1、T1 和Z2、T2均會(huì)處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出信號(hào)FS、SC均為高電平。
如表一所不,給出了輸入信號(hào)Ga、輸出信號(hào)SC和FS的不同邏輯狀態(tài),所對(duì)應(yīng)的 VTl狀態(tài)。
表一
權(quán)利要求
1.一種具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括過流檢測電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路；所述過流檢測電路包括二極管D1、穩(wěn)壓管Z1、三極管Tl和光電耦合器IC2，Z1的陰極、 陽極分別與Dl的陽極、Tl的基極相連接，Tl的集電極經(jīng)電阻R4與IC2的初級(jí)發(fā)光二極管相連接，IC2的次級(jí)光敏三極管的集電極形成過流檢測電路的輸出信號(hào)SC ；D1的陰極與功率器件VTl相連接，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga經(jīng)電阻R1、R2分別與功率器件VTl的控制端、Dl的陽極相連接；所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路包括二極管D2、穩(wěn)壓管Z2、三極管T3和光電耦合器IC3，D2的陰極與Dl的陰極相連接；Z2的陽極、陰極分別與T2的基極、D2的陽極相連接，T2的集電極經(jīng)電阻R8與IC3的初級(jí)發(fā)光二極管相連接，IC3的次級(jí)光敏三極管的集電極形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路的輸出信號(hào)FS ;所述Z2的陰極經(jīng)電阻R6與驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述光電耦合器IC2和IC3的初級(jí)發(fā)光二極管的陽極均接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極上，次級(jí)光敏三極管的發(fā)射極均接于信號(hào)側(cè)電源地上，次級(jí)光敏三極管的集電極分別經(jīng)電阻R5、R9分別接于信號(hào)側(cè)電源正極上；三極管Tl和T2的發(fā)射極均接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源地上，基極分別經(jīng)電阻R3、R7接于驅(qū)動(dòng)側(cè)電源地上；信號(hào)側(cè)電源正極、驅(qū)動(dòng)側(cè)電源正極分別為+5V、+15V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括具有隔離作用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化電路ICl (I)和可編程邏輯電路IC4 (2)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化電路ICl用于將O +5V的原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs轉(zhuǎn)化為-10 +15V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ga ;過流檢測電路的輸出信號(hào)SC、驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路的輸出信號(hào)FS均與可編程邏輯電路IC4的輸入端相連接，可編程邏輯電路IC4的輸出端產(chǎn)生原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)Gs ;所述可編程邏輯電路IC4連接有主控設(shè)備或上位PC機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于設(shè) Vscmax為功率器件VTl導(dǎo)通壓降的最大值，所述穩(wěn)壓管Zl和Z2的反向擊穿電壓均應(yīng)選為 Vscmax0
全文摘要
本發(fā)明的具有檢測功能的功率器件驅(qū)動(dòng)電路，過流檢測電路包括二極管D1、穩(wěn)壓管Z1、三極管T1和光電耦合器IC2，Z1的陰極、陽極分別與D1的陽極、T1的基極相連接，IC2的次級(jí)光敏三極管的集電極形成過流檢測電路的輸出信號(hào)SC；驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路包括二極管D2、穩(wěn)壓管Z2、三極管T3和光電耦合器IC3，IC3的次級(jí)光敏三極管的集電極形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)反饋電路的輸出信號(hào)FS。本發(fā)明的電路能夠判斷功率器件是否出現(xiàn)過流、異常導(dǎo)通或截止，并給予及時(shí)保護(hù)，防止了功率器件由于誤導(dǎo)通或誤關(guān)斷造成的損壞。具有成本低、電路簡單可靠、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和推廣性，可作為目前大功率電力電子器件驅(qū)動(dòng)的優(yōu)選電路。
文檔編號(hào)H03K17/567GK103066974SQ201310038099
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者張長元, 胡順全, 魏學(xué)森, 郭少明, 郭延沖, 石廣保 申請(qǐng)人:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司