專利名稱：一種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極型晶體管自恢復(fù)電路，尤其涉及一種絕緣柵雙極型晶 體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路。
背景技術(shù)：
由于IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)，主要使用在高壓大電流等場(chǎng)合，因此保護(hù)功 能非常重要，由于較大的負(fù)載電流會(huì)引起IGBT內(nèi)較高的損耗，所以，為了避免超過最大的 允許結(jié)溫，IGBT的過流范圍應(yīng)該受到限制，常用的過流保護(hù)，主要是當(dāng)過流發(fā)生，然后關(guān)閉 IGBT驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，如想恢復(fù)，多數(shù)復(fù)位則只能通過手動(dòng)復(fù)位實(shí)現(xiàn)重新工作。集中式過流保護(hù)方式，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過設(shè)定值 后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有的IGBT驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零.分立電流保護(hù)電 路，通過觸發(fā)器時(shí)序邏輯電路的記憶功能，構(gòu)成記憶鎖定保護(hù)電路，以避免保護(hù)電路在過流 時(shí)的頻繁動(dòng)作。專利號(hào)CN03200451. 6，名稱為一種IGBT過流保護(hù)電路的專利公開了一種IGBT 過流保護(hù)電路，包括主控芯片UC3875、比較器、觸發(fā)器，其中主控芯片的4個(gè)輸出端分別接4 個(gè)觸發(fā)脈沖電路，所述觸發(fā)脈沖電路分別接全控整流-逆變橋中IGBT器件的門極，其特征 在于所述比較器的同向輸入端接一個(gè)可變電阻，反向輸入端接信號(hào)采樣電路的輸出端，輸 出端接所述觸發(fā)器的觸發(fā)端；所述觸發(fā)器的輸出端與所述主控芯片的( 腳之間經(jīng)過電阻 相連接；所述觸發(fā)器的輸出端經(jīng)電阻接一個(gè)三極管的基極，所述三極管的射極接地，集電極 接一個(gè)二極管的陰極，所述二極管的陽(yáng)極接所述主控芯片的(6)腳，所述三極管的基極與 與之連接的電阻之間接有旁路電容。采用比較器和觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的IGBT過流方案，能夠在過 流情況下，對(duì)IGBT實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，但保護(hù)發(fā)生后，IGBT的驅(qū)動(dòng)被關(guān)閉，恢復(fù)時(shí)，只能通過手 動(dòng)或定時(shí)復(fù)位功能才能實(shí)現(xiàn)，影響了設(shè)備正常工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路，本發(fā)明利用遲滯比較 器可以實(shí)現(xiàn)在過流下，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電流減小到規(guī)定數(shù)值時(shí)，恢復(fù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)功能。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為—種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路，包括遲滯比較器、與門、光耦、NPN 晶體管、PNP晶體管、Zener 二極管和可調(diào)電位器，所述遲滯比較器同相輸入端與所述可調(diào) 電位器可調(diào)分壓電阻端相連，反相輸入端接絕緣柵雙極型晶體管集電極電壓檢測(cè)端，所述 遲滯比較器輸出經(jīng)過一邏輯所述與門后，與所述光耦輸入端相連，所述光耦輸出經(jīng)一電阻 電容網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)所述NPN晶體管，所述光耦實(shí)現(xiàn)輸入與輸出信號(hào)的電氣隔離，絕緣柵雙 極型晶體管驅(qū)動(dòng)電路采用推挽輸出，推挽驅(qū)動(dòng)晶體管上管NPN集電極接+15V，其發(fā)射極與 下管PNP發(fā)射極相連，發(fā)射極同時(shí)經(jīng)一驅(qū)動(dòng)電阻作為絕緣柵雙極型晶體管柵極驅(qū)動(dòng)端，下 管PNP集電極與-8V相接，絕緣柵雙極型晶體管柵極驅(qū)動(dòng)端對(duì)地接入反接兩個(gè)Zener 二極管，起柵極驅(qū)動(dòng)保護(hù)作用。所述遲滯比較器電路由芯片LT1358組成。UC3875實(shí)現(xiàn)的過流保護(hù)功能，在過流時(shí)，可以將脈沖信號(hào)鎖存到寄存器，關(guān)閉輸 出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，但欲使其重新工作，只能通過手動(dòng)復(fù)位或定時(shí)復(fù)位功能實(shí)現(xiàn)，影響系統(tǒng)正常工 作。本發(fā)明利用利用遲滯比較器，合理設(shè)置窗口空間可以使IGBT過流保護(hù)后，電流下降到 一定數(shù)值時(shí)，IGBT驅(qū)動(dòng)恢復(fù)正常，設(shè)備恢復(fù)正常工作，而且電路具備一定的抗干擾能力。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例電路圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例IGBT過載仿真圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例IGBT驅(qū)動(dòng)恢復(fù)正常仿真圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例IGBT過載保護(hù)及自恢復(fù)仿真圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例IGBT正常驅(qū)動(dòng)關(guān)系仿真圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例IGBT過流動(dòng)作時(shí)驅(qū)動(dòng)關(guān)系仿真圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖所示，一種IGBT過流保護(hù)自恢復(fù)方法，是由分立元件組成，包括芯片 LT1358，與門，光耦，NPN及PNP晶體管，Zener 二極管，可調(diào)電位器，固定電阻及電容等。其 特征在于由LT1358組成的遲滯比較器電路，遲滯比較器電路同相輸入端與電位器可調(diào) 分壓電阻端相連，反相輸入端接IGBT集電極電壓檢測(cè)端，遲滯比較器輸出經(jīng)過一邏輯與門 后，與光耦輸入端相連，光耦輸出經(jīng)一電阻電容網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)NPN晶體管，光耦實(shí)現(xiàn)輸入與 輸出信號(hào)的電氣隔離，IGBT驅(qū)動(dòng)電路采用推挽輸出，有效地降低了驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗，提 高了驅(qū)動(dòng)能力，推挽驅(qū)動(dòng)晶體管上管NPN集電極接+15V，其發(fā)射極與下管PNP發(fā)射極相連， 發(fā)射極同時(shí)經(jīng)一驅(qū)動(dòng)電阻作為IGBT柵極驅(qū)動(dòng)端，下管PNP集電極與-8V相接，IGBT柵極驅(qū) 動(dòng)端對(duì)地接入反接兩個(gè)Zener 二極管，起柵極驅(qū)動(dòng)保護(hù)作用。圖1中，高速光耦4N25實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電氣隔離，能夠達(dá)到很好的電氣隔離， 驅(qū)動(dòng)電路采用推挽輸出形式，有效地降低了驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗，提高了驅(qū)動(dòng)能力，在發(fā)生 過流時(shí)及時(shí)關(guān)斷IGBT，其中Q2，Q3，Q4，Q5構(gòu)成驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路，在柵源之間并接雙向穩(wěn) 壓管Dl和D2，R12為IGBT的門極串聯(lián)電阻。正常工作時(shí)當(dāng)控制電路送來高電平信號(hào)時(shí)，光耦4N25導(dǎo)通，Q4與Q5截止，Q2導(dǎo)通，Q3截止， 該驅(qū)動(dòng)電路向IGBT提供+15V驅(qū)動(dòng)開啟電壓，使IGBT導(dǎo)通。當(dāng)控制電路送來低電平信號(hào)時(shí)，光耦4N25截止，Q4與Q5導(dǎo)通，Q3導(dǎo)通，Q2截止， 該驅(qū)動(dòng)電路向IGBT提供-8V驅(qū)動(dòng)關(guān)閉電壓，使IGBT關(guān)閉.當(dāng)過流時(shí)當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，過流時(shí)，IGBT的集電極電位迅速升高，直至U3的V_> V+時(shí)， U3輸出為低，與門Ul輸出為低，光耦U2截止，，Q4與Q5導(dǎo)通，Q 3導(dǎo)通，Q2截止，該驅(qū)動(dòng)電路向IGBT提供-8V驅(qū)動(dòng)關(guān)閉電壓，使IGBT關(guān)閉，從而達(dá)到過流保護(hù)，直至電路故障排除，當(dāng) V— < V+時(shí)，光耦導(dǎo)通，IGBT重新開啟?，F(xiàn)假設(shè)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)IGBT集電極對(duì)發(fā)射極的飽和電壓Vn為8. 5V，由滯回比較 器關(guān)系公式有Af/m=f/mi-f/m2=2f/Qm^^，回差電壓影響系統(tǒng)的抗干擾性能，設(shè)回差電壓
K5^K4
D
Δ Uth 為 4V, Uthi 為 8. 5V,則 Uth2 為 4. 5V。Uom 為 12V。則可求出^ = 5 ,令 R4 為 5k Ω，& 為
kS
IkQ，R6 為 IkQ。由公式-.Utiu = J^-Uom +J^-ljA (設(shè)Rici電位器電壓點(diǎn)為A點(diǎn))，有Ua點(diǎn)電位為7. 32V，令R11為IOkQ，Rltl為50k Ω調(diào)節(jié)范圍的可調(diào)電位器，&為5k Ω 電阻，可求出Ua設(shè)置范圍可在3V-9V范圍內(nèi)，現(xiàn)設(shè)計(jì)條件為將電位器調(diào)節(jié)到15k Ω，IGBT驅(qū) 動(dòng)電阻選擇10 Ω電阻。仿真效果圖當(dāng)IGBT集電極對(duì)發(fā)射極飽和電壓上升到9V時(shí)，遲滯比較器輸出為低，光耦截止， Q4與Q5導(dǎo)通，Q2截止，Q 3導(dǎo)通，-8V電源向IGBT提供關(guān)斷電壓，使IGBT截止.仿真圖像 如圖2所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n006]為遲滯比較器輸出。當(dāng)IGBT集電極對(duì)發(fā)射極飽和電壓下降到4. 8V時(shí)，遲滯比較器輸出為高，光耦導(dǎo) 通，Q4與Q5截止，Q2導(dǎo)通，Q3截止，+15V電源向IGBT提供開啟電壓，使IGBT重新導(dǎo)通。仿真 圖像如圖3所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n006]為遲滯比較器輸出。保護(hù)動(dòng)作仿真如圖4所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓，V[n004]為遲 滯比較器輸出。正常時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出仿真，如圖5所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓， V[n006]為遲滯比較器輸出，V[n0i;3]為IGBT驅(qū)動(dòng)電壓。過流動(dòng)作時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出仿真，如圖6所示，其中V[n002]為IGBT集電極飽和電壓， V[n006]為遲滯比較器輸出，V[n014]為IGBT驅(qū)動(dòng)電壓。由以上仿真圖片，可以得到，此電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的過流電路保護(hù)功能，并且 當(dāng)過電流減小到設(shè)定數(shù)值時(shí)，驅(qū)動(dòng)可以恢復(fù)正常，使IGBT得以恢復(fù)工作狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明， 以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本 發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路，其特征在于包括遲滯比較器、與 門、光耦、NPN晶體管、PNP晶體管、Zener 二極管和可調(diào)電位器，所述遲滯比較器同相輸入 端與所述可調(diào)電位器可調(diào)分壓電阻端相連，反相輸入端接絕緣柵雙極型晶體管集電極電壓 檢測(cè)端，所述遲滯比較器輸出經(jīng)過一邏輯所述與門后，與所述光耦輸入端相連，所述光耦輸 出經(jīng)一電阻電容網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)所述NPN晶體管，所述光耦實(shí)現(xiàn)輸入與輸出信號(hào)的電氣隔 離，絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動(dòng)電路采用推挽輸出，推挽驅(qū)動(dòng)晶體管上管NPN集電極接+15V， 其發(fā)射極與下管PNP發(fā)射極相連，發(fā)射極同時(shí)經(jīng)一驅(qū)動(dòng)電阻作為絕緣柵雙極型晶體管柵極 驅(qū)動(dòng)端，下管PNP集電極與-8V相接，絕緣柵雙極型晶體管柵極驅(qū)動(dòng)端對(duì)地接入反接兩個(gè) Zener 二極管，起柵極驅(qū)動(dòng)保護(hù)作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路，其特征在 于所述遲滯比較器電路由芯片LT1358組成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)自恢復(fù)電路，其利用遲滯比較器可以實(shí)現(xiàn)在過流下，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電流減小到規(guī)定數(shù)值時(shí)，恢復(fù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)功能。在過流時(shí)，本發(fā)明利用遲滯比較器，合理設(shè)置窗口空間可以使絕緣柵雙極型晶體管過流保護(hù)后，電流下降到一定數(shù)值時(shí)，絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動(dòng)恢復(fù)正常，設(shè)備恢復(fù)正常工作，而且電路具備一定的抗干擾能力。
文檔編號(hào)H02H3/06GK102064535SQ20101056816
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者趙明宇 申請(qǐng)人:深圳市藍(lán)韻實(shí)業(yè)有限公司