專利名稱：新型igbt短路保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及IGBT電路，尤其涉及一種新型IGBT短路保護電路。
背景技術(shù)：
隨著市場對大功率變換器的需求日益旺盛，如新能源、軌道交通的興起，中高壓大功率IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)得到廣泛的應(yīng)用。與低壓小功率IGBT不同，中高壓大功率的IGBT，如1700V/3600A的IGBT，在短路時，流過IGBT的電流能達到15000A。由于電路寄生電感的存在，如果采取硬關(guān)斷的辦法，IGBT的端電壓會超過其額定值，導(dǎo)致IGBT過壓損壞。因此，采取合適的IGBT短路保護電路，既可以防止IGBT由于電流太大而發(fā)熱損壞， 也可防止di/dt電流變化率太大引起的過壓擊穿。傳統(tǒng)的IGBT短路保護電路如圖1所示，IGBT門級驅(qū)動器包括三極管Ql和三極管 Q2，這兩個三極管的基極相并接，發(fā)射極也相并接，發(fā)射極的并接點依次經(jīng)門級電阻Rg、門級電容Cg后接地，三極管Ql的集電極接電壓VCC，三極管Q2的集電極接電壓Vee，基極的并接點上連接有短路保護電路，短路保護電路包括二極管D1、電容Cl、電阻R12和開關(guān)管S13， 二極管Dl的陰極既和電容Cl的一端相連又和電阻R12的一端相連，電容Cl的另一端接電壓Vee，電阻R12的另一端經(jīng)開關(guān)管S13和電壓Vee相連，二極管Dl的陽極和兩個三極管的基極相連。其工作原理如下1當IGBT正常工作時，開關(guān)管Si、開關(guān)管S2根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，互補導(dǎo)通；開關(guān)管S3截止；進入穩(wěn)態(tài)后，電壓VCI=Vcc, 二極管Dl截止；當開關(guān)管Sl導(dǎo)通而開關(guān)管 S2截止時，電壓Vb=Vcc,三極管Ql導(dǎo)通而三極管Q2截止，電壓Vg=Vcc (忽略三極管Ql的管壓降)，IGBT導(dǎo)通；當開關(guān)管Sl截止而開關(guān)管S2導(dǎo)通時，電壓Vb=Vee,三極管Ql截止而三極管Q2導(dǎo)通，電壓Vg=Vee (忽略三極管Q2的管壓降)，IGBT截止。1當IGBT出現(xiàn)短路故障時，開關(guān)管Sl和開關(guān)管S2截止，開關(guān)管S3導(dǎo)通， 電容Cl通過電阻R12放電，電壓Vcl緩慢下降。隨著電壓Vcl下降，二極管Dl導(dǎo)通，電壓 Vb被二極管Dl鉗位在電壓Vcl，也開始同步地緩慢下降；三極管Q2開始導(dǎo)通，IGBT的門級電容Cg通過門級電阻Rg、三極管Q2放電。通過設(shè)定電容Cl和電阻R12的大小，可以控制門級電壓Vg的下降速率，從而實現(xiàn)IGBT短路保護。上述傳統(tǒng)的IGBT短路保護電路能夠在IGBT發(fā)生故障時緩慢地關(guān)斷IGBT，防止電壓過沖的產(chǎn)生，但是依然存在以下幾個問題1.電路過于復(fù)雜，需要二極管D1、電容Cl、電阻R12和開關(guān)管S13四種器件的配合，增加了驅(qū)動電路的復(fù)雜性和成本；2.每次驅(qū)動IGBT短路保護電路后，電壓Vcl放電至Vee，當故障消除后，驅(qū)動除了對門級電容Cg充電外，還需額外將電壓Vcl從Vee充電到Vcc，既增加了驅(qū)動的功耗，同時也延緩了 IGBT門級的上升速率，導(dǎo)致IGBT開通損耗的增加。
發(fā)明內(nèi)容[0009]本實用新型主要解決原有IGBT短路保護電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，既增加了驅(qū)動的功耗，又延緩了 IGBT門級的上升速率，導(dǎo)致增加IGBT開通損耗的技術(shù)問題；提供一種新型IGBT短路保護電路，其電路簡單，可靠性高，當故障消除后，立刻可以恢復(fù)正常狀態(tài)，不會增加額外的充放電損耗，提升電路性能。本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的本實用新型包括IGBT門級驅(qū)動器及電阻R2和開關(guān)管S3的串聯(lián)電路，IGBT門級驅(qū)動器包括三極管Ql和三極管Q2，三極管Ql的基極和三極管Q2的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極和三極管Q2的發(fā)射極相連，該連接點和門級電阻Rg的一端相連，門級電阻Rg的另一端經(jīng)門級電容Cg接地， 三極管Ql的集電極接電壓Vcc，三極管Q2的集電極接電壓Vee，電阻R2的一端與門級電阻 Rg和門級電容Cg的并接點相連，電阻R2的另一端和開關(guān)管S3的一端相連，開關(guān)管S3的另一端和電壓Vee相連。開關(guān)管S3的導(dǎo)通或斷開受控制系統(tǒng)控制。當IGBT出現(xiàn)短路故障時，開關(guān)管S3導(dǎo)通，門級電容Cg通過電阻R2放電，電壓Vg緩慢下降，從而實現(xiàn)IGBT短路保護。作為優(yōu)選，所述的三極管Ql的基極和三極管Q2的基極的并接點經(jīng)電阻Rl與開關(guān)管Sl和開關(guān)管S2的并接點相連，開關(guān)管Sl的另一端接電壓Vcc，開關(guān)管S2的另一端接電壓Vee。開關(guān)管Sl和開關(guān)管S2的導(dǎo)通或斷開均受控制系統(tǒng)控制。本技術(shù)方案中，開關(guān)管Sl、開關(guān)管S2和開關(guān)管S3可以是任何能實現(xiàn)開關(guān)功能的可控器件，例如可以是半導(dǎo)體器件，也可以是其他機械式的可控開關(guān)裝置。本實用新型的有益效果是電路簡單，所用器件少，成本較低，可靠性高，由于沒有額外電容的存在，當故障消除、開關(guān)管S3截止后，IGBT立刻可以恢復(fù)正常狀態(tài)，無需額外的充放電損耗，有效提升電路性能。

圖1是傳統(tǒng)的IGBT短路保護電路的電路原理圖。圖2是本實用新型的一種電路原理圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例1 本實施例的新型IGBT短路保護電路，如圖2所示，包括IGBT門級驅(qū)動器及電阻R2和開關(guān)管S3的串聯(lián)電路。IGBT門級驅(qū)動器包括三極管Ql和三極管Q2，三極管Ql的基極和三極管Q2的基極相連，該并接點經(jīng)電阻Rl與開關(guān)管Sl和開關(guān)管S2的并接點相連，開關(guān)管Sl的另一端接電壓Vcc，開關(guān)管S2的另一端接電壓Vee，三極管Ql的發(fā)射極和三極管Q2的發(fā)射極相連，該連接點和門級電阻Rg的一端相連，門級電阻Rg的另一端經(jīng)門級電容Cg接地，三極管Ql的集電極接電壓Vcc，三極管Q2的集電極接電壓Vee，電阻 R2的一端與IGBT的門級電阻Rg和門級電容Cg的并接點相連，電阻R2的另一端和開關(guān)管 S3的一端相連，開關(guān)管S3的另一端和電壓Vee相連。工作原理 當IGBT正常工作時，開關(guān)管Sl及開關(guān)管S2根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，互補導(dǎo)通； 開關(guān)管S3截止；當開關(guān)管Sl截止而開關(guān)管S2導(dǎo)通時，電壓Vb=Vcc,三極管Ql導(dǎo)通而三極管Q2截止，電壓Vg=Vcc (忽略三極管Ql的管壓降)，IGBT導(dǎo)通；當開關(guān)管Sl導(dǎo)通而開關(guān)管 S2截止時，電壓Vb=Vee,三極管Ql截止而三極管Q2導(dǎo)通，電壓Vg=Vee (忽略三極管Q2的管壓降)，IGBT截止。 當IGBT出現(xiàn)短路故障時，開關(guān)管Sl及開關(guān)管S2截止，開關(guān)管S3導(dǎo)通，門級電容Cg通過電阻R2放電，電壓Vg緩慢下降，從而實現(xiàn)IGBT短路保護。本實用新型具有以下優(yōu)點1.電路簡單，只需電阻R2與開關(guān)管S3兩個器件，成本較低，提高電路可靠性，簡化設(shè)計；2.由于沒有額外電容的存在，當故障消除、開關(guān)管S3截止后，IGBT立刻可以恢復(fù)正常狀態(tài)，無需額外的充放電損耗，有效提高電路性能。
權(quán)利要求1.一種新型IGBT短路保護電路，包括IGBT門級驅(qū)動器，IGBT門級驅(qū)動器包括三極管 Ql和三極管Q2，三極管Ql的基極和三極管Q2的基極相連，三極管Ql的發(fā)射極和三極管Q2 的發(fā)射極相連，該連接點和門級電阻Rg的一端相連，門級電阻Rg的另一端經(jīng)門級電容Cg 接地，三極管Ql的集電極接電壓Vcc，三極管Q2的集電極接電壓Vee，其特征在于包括電阻 R2和開關(guān)管S3的串聯(lián)電路，電阻R2的一端與門級電阻Rg和門級電容Cg的并接點相連，電阻R2的另一端和開關(guān)管S3的一端相連，開關(guān)管S3的另一端和電壓Vee相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型IGBT短路保護電路，其特征在于所述的三極管Ql的基極和三極管Q2的基極的并接點經(jīng)電阻Rl與開關(guān)管Sl和開關(guān)管S2的并接點相連，開關(guān)管 Sl的另一端接電壓Vcc，開關(guān)管S2的另一端接電壓Vee。
專利摘要本實用新型涉及一種新型IGBT短路保護電路，包括IGBT門級驅(qū)動器及電阻R2和開關(guān)管S3的串聯(lián)電路。IGBT門級驅(qū)動器包括三極管Q1和三極管Q2，三極管Q1的基極和三極管Q2的基極相連，該并接點經(jīng)電阻R1與開關(guān)管S1和開關(guān)管S2的并接點相連，開關(guān)管S1的另一端及三極管Q1的集電極接電壓Vcc，開關(guān)管S2的另一端及三極管Q2的集電極接電壓Vee，三極管Q1的發(fā)射極和三極管Q2的發(fā)射極相連，該連接點經(jīng)門級電阻Rg、門級電容Cg接地，電阻R2的一端與門級電阻Rg和門級電容Cg的并接點相連，電阻R2的另一端經(jīng)開關(guān)管S3和電壓Vee相連。本實用新型沒有額外的充放電損耗，有效提升電路性能，器件少，成本低。
文檔編號H02H3/08GK202276139SQ20112040254
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者施貽蒙 申請人:杭州飛仕得科技有限公司