專利名稱：一種變頻器中igbt短路保護(hù)電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IGBT的短路保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變頻器主電路中IGBT 短路保護(hù)電路及其方法。
背景技術(shù)：
變頻器主電路中IGBT短路保護(hù)的目的是檢測(cè)出短路后，在IGBT允許承受的短路 時(shí)間內(nèi)關(guān)閉IGBT，以保證IGBT安全運(yùn)行?？刹扇〉姆椒ㄓ袡z測(cè)短路時(shí)集電極與發(fā)射極間 電壓UCE增大實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，利用電流互感器檢測(cè)IGBT過流實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，利用IGBT短路 時(shí)集電極與發(fā)射極間電壓UeE增大的原理和電流互感器過流檢測(cè)的綜合實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)、降 柵壓軟關(guān)斷及降低工作頻率的綜合實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)、檢測(cè)高頻交流電流短路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)或 者直接采用IPM實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)等。上述方法中，簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的方法是檢測(cè)短路時(shí)，集電極 與發(fā)射極間電壓UCE增大實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，此方法采用的間接電壓法，IGBT過流時(shí)集電極與發(fā) 射極間電壓UCE增大且基本上為線性關(guān)系，檢測(cè)過流時(shí)的集電極與發(fā)射極間電壓UCE并與設(shè) 定的閾值進(jìn)行比較，比較器的輸出控制驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷。但此方法中普遍采用IGBT專用驅(qū) 動(dòng)器如EXB841，價(jià)格高，在中小功率的生產(chǎn)應(yīng)用中使得成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種低成本的變頻器主電路中 IGBT短路保護(hù)電路及其方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路， 包括延時(shí)電路、隔離放大電路、比較電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述的延時(shí)電路輸入端連接IGBT的 開關(guān)信號(hào)、輸出端依次與隔離放大電路、比較電路、驅(qū)動(dòng)電路和IGBT連接，所述的比較電路 還有一個(gè)輸入端與IGBT的一個(gè)輸出信號(hào)端連接；所述的延時(shí)電路由一個(gè)RC電路和一個(gè)比 較器IC1組成，RC電路的輸入端連接IGBT的開關(guān)信號(hào)，比較器IC1輸出端連接隔離放大電 路；隔離放大電路采用芯片TLP250，芯片TLP250的2引腳端為輸入端、6引腳端為輸出端； 比較電路包括一個(gè)分壓電路和一個(gè)比較器IC2，分壓電路和比較器IC2的正電源連接隔離 放大電路的輸出端，比較器IC2的“ + ”端連接IGBT的集電極C，比較器IC2的輸出端為比較 電路的輸出端；驅(qū)動(dòng)電路選用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的SD輸入端連接到比較 電路輸出端，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1引腳端串一個(gè)電阻連接到IGBT的柵極G、3引腳端串一 個(gè)電阻到穩(wěn)壓管上、再連接到IGBT發(fā)射極E。一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路的保護(hù)方法，包括以下步驟A、延時(shí)電路將控制IGBT的開關(guān)信號(hào)延時(shí)一小段時(shí)間At，形成延時(shí)At時(shí)間的 PWM波，讓保護(hù)電路能夠正常啟動(dòng)；B、隔離放大電路完成比較電路與延時(shí)At后的PWM波的隔離，同時(shí)提升電壓，達(dá)到 比較電路所需正電源電壓；C、比較電路完成集電極與發(fā)射極間電壓閾值U■的設(shè)定，進(jìn)行集電極與發(fā)射極間電壓UeE與設(shè)定集電極與發(fā)射極間電壓閾值UeEQ的比較，比較后輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 的SD輸入端；D、驅(qū)動(dòng)電路利用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的開通與關(guān)斷。本發(fā)明所述的A t為1. 50-2. 00uso與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明利用了驅(qū)動(dòng)芯片IR2110具有一個(gè)封鎖兩路驅(qū)動(dòng)的SD輸入端的特點(diǎn)，當(dāng) 此輸入端為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110立刻封鎖兩路輸出，關(guān)斷IGBT。只需外接簡(jiǎn)單的延 時(shí)電路、隔離放大芯片和典型的比較電路到SD輸入端就能實(shí)現(xiàn)IGBT短路保護(hù)，使得電路結(jié) 構(gòu)非常簡(jiǎn)單，且響應(yīng)及時(shí)、可靠。2、由于本發(fā)明選用低成本的芯片IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片，其價(jià)格比具有類似保護(hù) 功能的專用驅(qū)動(dòng)芯片EXB841低4 5倍，大大降低了成本。


本發(fā)明共有附圖3張，其中圖1是變頻器主電路中IGBT短路保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是延時(shí)電路和隔離放大電路的電路圖。圖3是比較電路和部分驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。圖中1、延時(shí)電路，2、隔離放大電路，3、比較電路，4、驅(qū)動(dòng)電路，5、IGBT。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-3所示，一種變頻器中IGBT短 路保護(hù)電路，包括延時(shí)電路1、隔離放大電路2、比較電路3和驅(qū)動(dòng)電路4，所述的延時(shí)電路 1輸入端連接IGBT5的開關(guān)信號(hào)、輸出端依次與隔離放大電路2、比較電路3、驅(qū)動(dòng)電路4和 IGBT5連接，所述的比較電路3還有一個(gè)輸入端與IGBT5的一個(gè)輸出信號(hào)端連接；所述的延 時(shí)電路1由一個(gè)RC電路和一個(gè)比較器IC1組成，RC電路的輸入端連接IGBT5的開關(guān)信號(hào)， 比較器IC1輸出端連接隔離放大電路2 ；隔離放大電路2采用芯片TLP250，芯片TLP250的2 引腳端為輸入端、6引腳端為輸出端；比較電路3包括一個(gè)分壓電路和一個(gè)比較器IC2，分壓 電路和比較器IC2的正電源連接隔離放大電路2的輸出端，比較器IC2的“ + ”端連接IGBT5 的集電極C，比較器IC2的輸出端為比較電路3的輸出端；驅(qū)動(dòng)電路4選用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110， 驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的SD輸入端連接到比較電路3輸出端，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1引腳端串一 個(gè)電阻連接到IGBT5的柵極G、3引腳端串一個(gè)電阻到穩(wěn)壓管上、再連接到IGBT5發(fā)射極E。一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路的保護(hù)方法，包括以下步驟A、延時(shí)電路1將控制IGBT5的開關(guān)信號(hào)延時(shí)一小段時(shí)間At，形成延時(shí)At時(shí)間的 PWM波，讓保護(hù)電路能夠正常啟動(dòng)；B、隔離放大電路2完成比較電路3與延時(shí)At后的PWM波的隔離，同時(shí)提升電壓， 達(dá)到比較電路3所需正電源電壓；C、比較電路3完成集電極與發(fā)射極間電壓閾值U■的設(shè)定，進(jìn)行集電極與發(fā)射 極間電壓UeE與設(shè)定集電極與發(fā)射極間電壓閾值U■的比較，比較后輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110的SD輸入端；
4
D、驅(qū)動(dòng)電路4利用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT5的開通與關(guān)斷。本發(fā)明所述的A t為1. 50-2. 00uso下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。在圖2中，延時(shí)電路1由RC電路和比較器IC1組成。選用簡(jiǎn)單的RC電路實(shí)現(xiàn)延 時(shí)，比較器IC1對(duì)延時(shí)后的波形進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)輸入芯片TLP250的信號(hào)是規(guī)整的PWM波。 其中，延時(shí)時(shí)間為us級(jí)，由所選擇的RC電路和比較器IC1的“_”端電壓值共同決定，若取T =RC為2us、比較器IC1 “_”端電壓值設(shè)定為2V時(shí)，延時(shí)時(shí)間是1.86us。芯片TLP250完 成隔離放大功能，保證電路隔離的同時(shí)提高電壓，其6引腳輸出電壓Vee，用于給圖3中的比 較電路3供電。當(dāng)芯片TLP250的2引腳為低電平時(shí)，6引腳輸出0V，圖3的比較電路3因 無正電源而不工作；2引腳為高電平時(shí)，6引腳輸出18V，比較電路3正常工作。這樣，延時(shí) 處理后的PWM波將控制比較電路3正電源的提供與否，保證圖3中比較電路3在IGBT5開 通At時(shí)間后才投入工作。圖3是具體實(shí)施例的比較電路3和部分驅(qū)動(dòng)電路4。在圖3中，電阻R6 R11和 比較器IC2組成比較電路3。調(diào)節(jié)電阻R7，可設(shè)定集電極與發(fā)射極間電壓UCE的閾值UCE0, 也就是設(shè)定保護(hù)點(diǎn)。IGBT5正常工作和關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的SD輸入端都為低電平， IGBT5將正常開通和關(guān)斷。當(dāng)IGBT5因短路而過流時(shí)，集電極與發(fā)射極間電壓UeE會(huì)增大到 高于集電極與發(fā)射極間電壓閾值UeE()，快恢復(fù)二極管D1被關(guān)斷，這樣比較器IC2的“ + ”端的 電壓值將大于“_”端的電壓值，比較器IC2輸出為正電壓，二極管D2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 的SD輸入端為高電平，立刻封鎖輸出，關(guān)斷IGBT5，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。本發(fā)明所述的比較器IC1和比較器IC2均選用芯片LM339作為比較器的芯片。
權(quán)利要求
一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路，包括延時(shí)電路(1)、隔離放大電路(2)、比較電路(3)和驅(qū)動(dòng)電路(4)，所述的延時(shí)電路(1)輸入端連接IGBT(5)的開關(guān)信號(hào)、輸出端依次與隔離放大電路(2)、比較電路(3)、驅(qū)動(dòng)電路(4)和IGBT(5)連接，所述的比較電路(3)還有一個(gè)輸入端與IGBT(5)的一個(gè)輸出信號(hào)端連接；其特征在于所述的延時(shí)電路(1)由一個(gè)RC電路和一個(gè)比較器IC1組成，RC電路的輸入端連接IGBT(5)的開關(guān)信號(hào)，比較器IC1輸出端連接隔離放大電路(2)；隔離放大電路(2)采用芯片TLP250，芯片TLP250的2引腳端為輸入端、6引腳端為輸出端；比較電路(3)包括一個(gè)分壓電路和一個(gè)比較器IC2，分壓電路和比較器IC2的正電源連接隔離放大電路(2)的輸出端，比較器IC2的“+”端連接IGBT(5)的集電極C，比較器IC2的輸出端為比較電路(3)的輸出端；驅(qū)動(dòng)電路(4)選用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的SD輸入端連接到比較電路(3)輸出端，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1引腳端串一個(gè)電阻連接到IGBT(5)的柵極G、3引腳端串一個(gè)電阻到穩(wěn)壓管上、再連接到IGBT(5)發(fā)射極E。
2.一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路的保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟A、延時(shí)電路⑴將控制IGBT(5)的開關(guān)信號(hào)延時(shí)一小段時(shí)間At，形成延時(shí)At時(shí)間的 PWM波，讓保護(hù)電路能夠正常啟動(dòng)；B、隔離放大電路⑵完成比較電路(3)與延時(shí)At后的PWM波的隔離，同時(shí)提升電壓， 達(dá)到比較電路⑶所需正電源電壓；C、比較電路(3)完成集電極與發(fā)射極間電壓閾值U■的設(shè)定，進(jìn)行集電極與發(fā)射極間 電壓UeE與設(shè)定集電極與發(fā)射極間電壓閾值UeEQ的比較，比較后輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 的SD輸入端；D、驅(qū)動(dòng)電路(4)利用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT(5)的開通與關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路的保護(hù)方法，其特征在于 所述的 At 為 1. 50-2. OOuso
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變頻器中IGBT短路保護(hù)電路及其方法，所述的電路包括延時(shí)電路、隔離放大電路、比較電路和驅(qū)動(dòng)電路，所述的延時(shí)電路輸入端連接IGBT的開關(guān)信號(hào)、輸出端依次與隔離放大電路、比較電路連接，所述的驅(qū)動(dòng)電路選用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的SD輸入端連接到比較電路輸出端、輸出端連接到IGBT。所述的方法包括延時(shí)、隔離放大、比較和驅(qū)動(dòng)四個(gè)步驟，驅(qū)動(dòng)電路利用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的開通與關(guān)斷。本發(fā)明只需外接簡(jiǎn)單的延時(shí)電路、隔離放大芯片和典型的比較電路到SD輸入端就能實(shí)現(xiàn)IGBT短路保護(hù)，使得電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，且響應(yīng)及時(shí)、可靠，且大大降低了成本。
文檔編號(hào)H02H7/10GK101867174SQ20101019425
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者彭周華, 李婷婷, 王丹, 胡曉靜 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)