Igbt短路檢測(cè)保護(hù)電路及基于igbt的可控整流電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及基于IGBT的可控整流電路及保護(hù)電路，具體而言涉及一種IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路及基于IGBT的可控整流電路。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT作為一種電子開(kāi)關(guān)，絕大多數(shù)情況下用于開(kāi)關(guān)直流電壓(實(shí)現(xiàn)直流斬波)，因此當(dāng)IGBT出現(xiàn)短路時(shí)，流過(guò)IGBT的電流始終為固定方向，因此只要按照這一電流方向設(shè)計(jì)相應(yīng)的短路保護(hù)電路即可。而當(dāng)IGBT用作交流電子開(kāi)關(guān)時(shí)，若IGBT出現(xiàn)短路，則IGBT中的電流方向由IGBT兩端的電壓極性所決定，即當(dāng)IGBT短路時(shí)電流的方向是不確定的，為了對(duì)IGBT進(jìn)行全面的保護(hù)，就必須針對(duì)兩個(gè)方向分別進(jìn)行短路保護(hù)。常用的IGBT短路保護(hù)方法是通過(guò)檢測(cè)IGBT的集電極與發(fā)射極之間的壓降Vce，將其送入驅(qū)動(dòng)光耦內(nèi)的比較器的同相輸入端，與反向輸入端的一固定閥值進(jìn)行比較。其原理是根據(jù)Vce與Ic之間的關(guān)系，當(dāng)Ic迅速增大時(shí)，Vce跟著上升，其中Vce為集電極和發(fā)射極之間的壓降，Ic為集電極和發(fā)射極之間的電流。因此，當(dāng)Vce大于反向端的固定閥值時(shí)，表示IGBT出現(xiàn)短路，此時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。但該方法只能實(shí)現(xiàn)固定電流方向的短路保護(hù)，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)方向的短路保護(hù)就必須額外增加另一個(gè)方向的短路保護(hù)電路，相應(yīng)的成本也大幅提高。
[0003]因此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提出一種改進(jìn)的IGBT雙向短路檢測(cè)保護(hù)電路。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種改進(jìn)的IGBT雙向短路檢測(cè)保護(hù)電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)反向串聯(lián)IGBT的雙向短路保護(hù)，而無(wú)需額外增加短路保護(hù)電路。
[0005]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供一種IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路，用于IGBT的短路檢測(cè)以及保護(hù)，該電路包括:驅(qū)動(dòng)單元，其用于生成PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制所述IGBT的導(dǎo)通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測(cè)引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測(cè)引腳通過(guò)二極管與所述IGBT的集電極連接，所述檢測(cè)引腳為所述二極管提供檢測(cè)電流，所述二極管的陰極與所述IGBT的集電極連接，其中，所述檢測(cè)引腳處的電壓大于所述閾值電壓時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元控制所述IGBT關(guān)斷。
[0006]進(jìn)一步地，所述IGBT的發(fā)射極與參考地電壓連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0008]本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例提供一種IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路，用于對(duì)反向串聯(lián)的一對(duì)IGBT進(jìn)行短路檢測(cè)保護(hù)，所述一對(duì)IGBT包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的發(fā)射極與所述第二 IGBT的發(fā)射極連接，該電路包括:驅(qū)動(dòng)單元，其輸出端輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且與所述第一 IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時(shí)控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的導(dǎo)通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測(cè)引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測(cè)引腳分別通過(guò)第一二極管和第二二極管與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測(cè)引腳為所述第一二極管和第二二極管提供檢測(cè)電流，所述第一二極管和第二二極管的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，其中，所述檢測(cè)引腳處的電壓大于所述閾值電壓時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT關(guān)斷。
[0009]進(jìn)一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極和發(fā)射極之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管。
[0010]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0011]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例提供一種基于IGBT的可控整流電路，該基于IGBT的可控整流電路包括:三相交流電源以及三組反相串聯(lián)的IGBT單元，其中，每組反向串聯(lián)的IGBT單元包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的發(fā)射極與所述第二 IGBT的發(fā)射極連接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中之一的集電極與三相交流電源的其中一相連接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中另一集電極與另外兩組的IGBT單元的其中之一的集電極連接，
[0012]其中每組IGBT單元還包括:驅(qū)動(dòng)單元，其輸出端輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且與所述第一IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時(shí)控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的導(dǎo)通；比較單元，其具有閾值引腳和檢測(cè)引腳，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測(cè)引腳分別通過(guò)第一二極管和第二二極管與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測(cè)引腳為所述第一二極管和第二二極管提供檢測(cè)電流，所述第一二極管和第二二極管的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，其中，所述檢測(cè)引腳處的電壓大于所述閾值電壓時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)單元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT關(guān)斷。
[0013]進(jìn)一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極和發(fā)射極之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管。
[0014]進(jìn)一步地，所述三相交流電源的每一相均通過(guò)電感與所述一組IGBT單元連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)單元與比較單元集成在單一芯片內(nèi)。
[0016]本實(shí)用新型的IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路利用IGBT導(dǎo)通時(shí)，如果出現(xiàn)短路則電流方向由其兩端電壓的極性所決定的特點(diǎn)，僅通過(guò)為每個(gè)IGBT增加一個(gè)二極管，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)反向串聯(lián)IGBT的雙向短路保護(hù)，而無(wú)需額外增加短路保護(hù)電路。
[0017]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型利用一個(gè)內(nèi)含比較器的驅(qū)動(dòng)芯片，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)反向串聯(lián)的IGBT的雙向短路保護(hù)功能，該雙向短路保護(hù)功能均由硬件觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，從而在簡(jiǎn)化電路的同時(shí)大大降低了成本，并提高了電路的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]本實(shí)用新型的下列附圖在此作為本實(shí)用新型的一部分用于理解本實(shí)用新型。附圖中示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本實(shí)用新型的原理。
[0019]附圖中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路的電路示意圖；
[0021]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的反向串聯(lián)的IGBT對(duì)短路檢測(cè)保護(hù)電路的電路示意圖；
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于IGBT可控整流電路的電路示意圖；
[0023]圖4用于說(shuō)明圖3所示可控整流電路中在第一電流方向的IGBT短路檢測(cè)保護(hù)原理；
[0024]圖5用于說(shuō)明圖3所示可控整流電路中在第二電流方向的IGBT短路檢測(cè)保護(hù)原理；
[0025]圖6不出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的基于IGBT整流電路的電路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本實(shí)用新型更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本實(shí)用新型可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本實(shí)用新型發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0027]應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完全，并且將本實(shí)用新型的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0028]為了徹底理解本實(shí)用新型，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案。本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本實(shí)用新型還可以具有其他實(shí)施方式。
[0029]基于前述原理:根據(jù)Vce與Ic之間的關(guān)系，當(dāng)Ic迅速增大時(shí)，Vce跟著上升，本實(shí)用新型提供一種IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路，用于IGBT的短路檢測(cè)以及保護(hù)，如圖1所示，該電路包括內(nèi)含比較器的驅(qū)動(dòng)芯片1C，所述驅(qū)動(dòng)芯片可以輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，即PMW驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，IGBT導(dǎo)通，PMW驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，IGBT關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)芯片1C內(nèi)的比較器具有閾值引腳和檢測(cè)引腳Vdesat，所述閾值引腳為反相輸入端，其與閾值電壓連接，所述檢測(cè)引腳Vdesat為同相輸入端，其通過(guò)二極管D與IGBT的集電極C連接，所述檢測(cè)引腳Vdesat通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的恒流源為所述二極管D提供檢測(cè)電流，比如大小為250uA的檢測(cè)電流，所述二極管D的陰極與所述IGBT的集電極C連接，IGBT的集電極C與輸入電壓連接，IGBT的發(fā)射極E與驅(qū)動(dòng)信號(hào)參考地電壓連接，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流從集電極流向發(fā)射極，此時(shí)二極管D也導(dǎo)通，檢測(cè)引腳Vdesat的輸入電壓為二極管D的壓降+IGBT集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce，如果IGBT出現(xiàn)短路，則集電極和發(fā)射極之間的電流Ic增大，因而集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce也增大，當(dāng)所述檢測(cè)引腳處Vdesat的電壓大于所述閾值電壓，比如圖1中所述7V時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)的比較器翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)芯片輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，所述IGBT關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。
[0030]基于上述IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路，本實(shí)用新型還提供一種IGBT短路檢測(cè)保護(hù)電路，用于對(duì)反相串聯(lián)的一對(duì)IGBT進(jìn)行短路檢測(cè)保護(hù)，如圖2所示，所述一對(duì)IGBT包括第一IGBT (IGBT 1)和第二 IGBT (IGBT 2)，所述第一 IGBT的發(fā)射極E與所述第二 IGBT的發(fā)射極E連接，所述第一 IGBT的集電極與輸入電壓連接。內(nèi)含比較器的驅(qū)動(dòng)芯片1C輸出端輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，且與所述第一 IGBT和第二 IGBT的柵端連接，以同時(shí)控制所述第一 IGBT和第二IGBT的導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)芯片1C內(nèi)的比較器具有閾值引腳和檢測(cè)引腳Vdesat，所述閾值引腳與閾值電壓連接，所述檢測(cè)引腳Vdesat分別通過(guò)第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極連接，所述檢測(cè)引腳Vdesat為所述第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3提供檢測(cè)電流，所述第一高壓隔離二極管D1和第二高壓隔離二極管D3的陰極分別與所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極C連接。
[0031]此外，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集電極C和發(fā)射極E之間分別反向并聯(lián)第一續(xù)流二極管D2和第二續(xù)流二極管D4。此處的所謂反向并聯(lián)，即所述IGBT和所述續(xù)流二極管之間只有一個(gè)可以導(dǎo)通。
[0032]其中，所述檢測(cè)引腳Vdesat輸入的電壓大于所述閾值電壓時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)芯片1C輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，所述第?IGBT和第二 IGBT關(guān)斷。具體地，當(dāng)電流按照IGBT1 —續(xù)流二極管D4方向流動(dòng)時(shí)，第一方向電流的Vce電壓獲取單元D1會(huì)實(shí)時(shí)獲取IGBT1兩端的壓降，并將其送入比較器的同相輸入端Vdesat與反向輸入端的閥值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)第一方向電流的短路保護(hù)；當(dāng)電流按照IGBT2 —續(xù)流二極管單元D2方向流動(dòng)時(shí)，第二方向電流的Vce電壓獲取單元D3會(huì)實(shí)時(shí)獲取IGBT2兩端的壓降，并