專利名稱：一種igbt驅(qū)動及保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種IGBT驅(qū)動及保護電路，特別適用于逆變器電路中IGBT的驅(qū)動及保護，以及逆變器電路的過載保護。
背景技術(shù)：
目前，市場上的電源設(shè)備不管是直流電源還是交流電源，其核心部件都是使用 IGBT組成的高頻逆變橋電路。IGBT簡稱為電子半導(dǎo)體開關(guān)，由于在電路中IGBT處于大電流，高電壓的工作狀態(tài)，IGBT極易損壞。特別是在負載過載或逆變橋電路過載時，為了確保 IGBT可靠工作，需要對IGBT以及逆變器電路進行驅(qū)動及保護處理。在一般的電源設(shè)備中， 當(dāng)控制電路檢測到負載過載或IGBT過載時直接將IGBT關(guān)斷，電源設(shè)備保護停機。但在一些特定的環(huán)境中，這種功能不能滿足實際需要。比如在額定工況下電源設(shè)備的容量能夠滿足負載要求，當(dāng)啟動這些負載或在設(shè)備中突加這些負載時會導(dǎo)致IGBT過載，從而使電源設(shè)備保護停機，還有一些場合嚴禁電源設(shè)備突然停機，否則損失巨大。如果采用增加電源設(shè)備容量的方法，由于IGBT的過載能力較低，電源設(shè)備容量的增加則會導(dǎo)致體積，重量，造價的成比例增加，非常不經(jīng)濟。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠在現(xiàn)有電源設(shè)備容量不變的情況下，判斷過載性質(zhì)，分別處理，最大限度解決電源設(shè)備頻繁停機保護而引起的損失。本電路適合所有使用 IGBT逆變電路的電源設(shè)備，包括單相逆變橋，三相逆變橋，比如變頻器，UPS，充電機，直流電源，高頻逆變電焊機，感應(yīng)加熱器，激光電源，光伏逆變器，風(fēng)電逆變器等。本實用新型的目的是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，包括檢測信號輸出單元、信號處理單元、IGBT驅(qū)動及保護單元，其所述檢測信號輸出單元的輸出端與信號處理單元的輸入端相聯(lián)，信號處理單元的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護單元的輸入端相聯(lián)。在上述技術(shù)方案中，所述檢測信號輸出單元由斷路器KT、整流橋D1、電感Li、電容 CUK1-K4構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bl、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2、電流霍爾傳感器LEM1、LEM2組成；交流電源220V經(jīng)斷路器KT輸入，經(jīng)整流橋Dl，電感Li，電容Cl后得到輸入直流電壓Vi ；輸入直流電壓Vi經(jīng)K1-K4構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bi、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2得到輸出電壓Vo ；電流霍爾傳感器LEMl設(shè)于IGBT逆變橋前端， 電流霍爾傳感器LEM2設(shè)于輸出負載端。在上述技術(shù)方案中，所述IGBT驅(qū)動及保護單元包括IGBT驅(qū)動電路、嚴重異常信號處理電路、IGBT瞬時保護電路、過載150%延時保護電路。在上述技術(shù)方案中，所述IGBT驅(qū)動電路由RCD網(wǎng)絡(luò)、比較器Ul和IGBT驅(qū)動器 M57962L依次相聯(lián)組成。[0008]在上述技術(shù)方案中，所述嚴重異常信號處理電路由與非門U2A、U2B、U3A、U3B、U3C、 U3D組成的鎖存器和比較器U4依次相聯(lián)組成。在上述技術(shù)方案中，所述IGBT瞬時保護電路由帶滯環(huán)的電壓比較器TO和二極管 Vl依次相聯(lián)組成，其中電阻Rl與R2組成比較基準電壓。在上述技術(shù)方案中，所述過載150%延時保護電路由計數(shù)器U6和與非門U7A、U7B、 U7C組成的鎖存器依次相聯(lián)組成。本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1)保護信號直接作用于IGBT管的驅(qū)動級，不經(jīng)過CPU或控制IC-3525處理，這樣可以大大減少處理時間，提高響應(yīng)速度，確保IGBT不損壞；2)在異常信號綜合處理判斷時，將IGBT過載與負載過載分開，過載點可分別設(shè)置，互不影響；3)將所有異常信號綜合處理判斷，將嚴重短路狀態(tài)處理為關(guān)機保護；將一般過載處理為限流降壓，保證電源設(shè)備正常工作，最大限度提高電源容量可用性。另外，綜合處理判斷電路由全硬件實現(xiàn)，與用軟件實現(xiàn)相比具有快速性。這一點，在IGBT保護方面尤為重要；4) IGBT驅(qū)動保護電路新穎可靠，動作快速，有較強的抗干擾能力。
圖1為本實用新型IGBT驅(qū)動及保護電路的電路原理圖。圖2為本實用新型實施例中檢測信號輸出單元電路圖。圖3實用新型實施例中IGBT驅(qū)動電路連接圖。圖4實用新型實施例中DL信號生成電路圖。圖5本實用新型實施例中嚴重異常信號處理電路連接圖。圖6本實用新型實施例中IGBT瞬時保護電路連接圖。圖7本實用新型實施例中過載150%延時保護電路連接圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的描述。如圖1、2所示，本實施例提供一種IGBT驅(qū)動及保護電路，包括檢測信號輸出單元、 信號處理單元、IGBT驅(qū)動及保護單元，其所述檢測信號輸出單元的輸出端與信號處理單元的輸入端相聯(lián)，信號處理單元的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護單元的輸入端相聯(lián)。在上述技術(shù)方案中，所述檢測信號輸出單元由斷路器KT、整流橋D1、電感Li、電容 CUK1-K4構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bl、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2、電流霍爾傳感器LEM1、LEM2組成；交流電源220V經(jīng)斷路器KT輸入，經(jīng)整流橋Dl，電感Li，電容Cl后得到輸入直流電壓Vi ；輸入直流電壓Vi經(jīng)K1-K4構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bi、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2形成輸出電壓Vo ；電流霍爾傳感器LEMl設(shè)于IGBT逆變橋前端， 電流霍爾傳感器LEM2設(shè)于輸出負載端，分別檢測IGBT及輸出負載電流。檢測信號輸出單元輸出檢測信號Vi，Vo, LEMl, LEM2后將這些檢測信號與標準電壓電平作比較，得到如下開關(guān)信號輸出過壓信號GY，輸出欠壓信號QY，IGBT短路信號DL，IGBT過載信號GZ3，輸出過載120%信號GZ1，輸出過載150%信號GZ2 ；這些信號經(jīng)信號處理單元處理后輸出保護信號給IGBT驅(qū)動及保護單元。如圖3所示為IGBT驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路與信號處理單元相聯(lián)，信號處理單元輸出用于調(diào)配IGBT的調(diào)配脈沖信號，該調(diào)配脈沖信號經(jīng)過二極管與電阻形成的RCD網(wǎng)絡(luò)后再經(jīng)過比較器Ul波形整形，最后提供給驅(qū)動器M57962L驅(qū)動IGBT。在本例中RCD網(wǎng)絡(luò)可以保證IGBT的關(guān)斷的陡峭性，在其他應(yīng)用中可以通過修改參數(shù)設(shè)置成不同的死區(qū)時間。在所有的保護功能中，其保護信號都是通過控制Ul的6腳電平實現(xiàn)的。6腳的電平為“0”時將關(guān)斷IGBT管，實現(xiàn)保護。嚴重異常信號處理電路輸出信號FS，IGBT瞬時保護電路輸出信號 SSFS,負載過載150%延時保護電路輸出信號FZFS，最后都接入Ul的6腳。如圖4所示為DL信號生成電路圖。信號LEMl到DL信號的電路為標準電壓比較器電路，IGBT短路時，DL電平“0”有效。其他信號的得到與此相同，只是輸出電平不同。如圖5所示為嚴重異常信號處理電路。其中嚴重異常信號處理電路輸出信號FS 為IGBT封鎖信號，” 0”電平有效。整個處理過程采用了由與非門U2A、U2B、U3A、U3B、U3C、 U3D組成的鎖存器和比較器U4依次相聯(lián)組成。因此，只要異常信號出現(xiàn)就會自動鎖存，從而使FS —直保持“0”電平，結(jié)果表象為停機及報警。由圖可知停機及報警的充分條件是輸入直流電壓Vi信號QY3為“ 1”有效；QY、GZl同時為“ 1，，有效；DL為“0”有效；GY為“0” 有效。依據(jù)不同的電源設(shè)備，這些信號的種類可以靈活設(shè)定。圖6為IGBT瞬時保護電路，由帶滯環(huán)的電壓比較器U5和二極管Vl依次相聯(lián)組成，其中電阻Rl與R2組成比較基準電壓。信號LEMl經(jīng)過帶滯環(huán)的電壓比較器U5和二極管Vl后得到IGBT瞬時保護電路輸出信號SSFS，SSFS信號“0”有效。這個信號不鎖存，會自動恢復(fù)。在IGBT短時過載而且過載不嚴重時，IGBT瞬時關(guān)斷，使電源設(shè)備限流降壓，但不保護停機，當(dāng)擾動或瞬時過載消除時，IGBT自動恢復(fù)工作，不會導(dǎo)致停機保護。圖7為過載150%延時保護電路，由計數(shù)器U6和與非門U7A、U7B、U7C組成的鎖存器依次相聯(lián)組成。信號GZ2輸入計數(shù)器TO，在一定的時間周期內(nèi)，當(dāng)GZ2的過載次數(shù)達到規(guī)定值時，信號經(jīng)過鎖存器鎖存后，得到負載過載150%延時保護電路輸出信號FZFS，F(xiàn)ZFS信號為“1”有效，電源設(shè)備停機。計數(shù)器TO具有定時清理功能，過載次數(shù)經(jīng)過一個可設(shè)定的時間后可自動清零。本電路的基本功能是放棄掉短時，少量的負載重過載信號不處理，只對長時間，大量的負載重過載信號處理。
權(quán)利要求1.一種IGBT驅(qū)動及保護電路，包括檢測信號輸出單元、信號處理單元、IGBT驅(qū)動及保護單元，其特征是所述檢測信號輸出單元的輸出端與信號處理單元的輸入端相聯(lián)，信號處理單元的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護單元的輸入端相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述檢測信號輸出單元由斷路器KT、整流橋Dl、電感Ll、電容Cl、K1-K4構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bl、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2、電流霍爾傳感器LEMl、LEM2組成；交流電源220V經(jīng)斷路器 KT輸入，經(jīng)整流橋Dl，電感Li，電容Cl后得到輸入直流電壓Vi ；輸入直流電壓Vi經(jīng)K1-K4 構(gòu)成的IGBT逆變橋、高頻變壓器Bi、高頻整流橋D2、電感L2、電容C2得到輸出電壓Vo ；電流霍爾傳感器LEMl設(shè)于IGBT逆變橋前端，電流霍爾傳感器LEM2設(shè)于輸出負載端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述IGBT驅(qū)動及保護單元包括IGBT驅(qū)動電路、嚴重異常信號處理電路、IGBT瞬時保護電路、過載150%延時保護電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述IGBT驅(qū)動電路由RCD網(wǎng)絡(luò)、比較器Ul和IGBT驅(qū)動器M57962L依次相聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述嚴重異常信號處理電路由與非門U2A、U2B、U3A、U3B、U3C、U3D組成的鎖存器和比較器U4依次相聯(lián)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述IGBT瞬時保護電路由帶滯環(huán)的電壓比較器TO和二極管Vl依次相聯(lián)組成，其中電阻Rl與R2組成比較基準電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種IGBT驅(qū)動及保護電路，其特征是所述過載150%延時保護電路由計數(shù)器U6和與非門U7A、U7B、U7C組成的鎖存器依次相聯(lián)組成。
專利摘要本實用新型涉及一種IGBT驅(qū)動及保護電路，適用于逆變器電路中IGBT的驅(qū)動及保護，以及逆變器電路的過載保護，包括檢測信號輸出單元、信號處理單元、IGBT驅(qū)動及保護單元，其所述檢測信號輸出單元的輸出端與信號處理單元的輸入端相聯(lián)，信號處理單元的輸出端與IGBT驅(qū)動及保護單元的輸入端相聯(lián)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠在現(xiàn)有電源設(shè)備容量不變的情況下，判斷過載性質(zhì)，分別處理，最大限度解決電源設(shè)備頻繁停機保護而引起的損失。
文檔編號H02M1/32GK201956892SQ20112007595
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者吳小麗, 張家貴, 江源, 王映波, 王曉民, 程林林, 魏彥, 鮑豐 申請人:武漢新瑞科電氣技術(shù)有限公司