技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種igbt的無源保護(hù)電路，屬于應(yīng)用電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

igbt是絕緣柵雙極型晶體管isolatedgatebipolartransistor的縮寫，是一種常用的功率元件，它是由雙極型三極管bjt和絕緣柵型場效應(yīng)管mosfet復(fù)合而成的電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入阻抗高、導(dǎo)通電壓降很小的特點，因此，常用作大電流工作的場合，如電機驅(qū)動、開關(guān)電流、變頻器等。

這種復(fù)合器件有三個極：柵極g、發(fā)射極e、集電極c，只要提供一個合適的柵極-發(fā)射極電壓，即vge，發(fā)射極e與集電極c導(dǎo)通，電流經(jīng)過兩個極時產(chǎn)生一個電壓降vce，因生產(chǎn)材料和工藝的不同，每種igbt的vce都不相同，vce不是一個固定的數(shù)，而是隨著流經(jīng)發(fā)射極e與集電極c的電流變化，電流越大，vce越大，當(dāng)超過igbt承受的最大值時，igbt發(fā)熱嚴(yán)重，甚至損壞。

因此，大功率igbt通常需要過流保護(hù)，大多數(shù)情況下，過流保護(hù)電路都附加于igbt的驅(qū)動放大電路或模塊中，用戶通常不明白其工作原理，只能機械地使用，缺乏靈活性，更為嚴(yán)重的是，一旦igbt損壞，通常驅(qū)動電路一并損壞，這就是說，保護(hù)電路自身不保，又如何保護(hù)igbt。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種利用igbt驅(qū)動電路的信號作為能源，不增加外部輔助電源，將占空比較大的pwm切割成占空比較小的方波信號，以防止igbt長時間工作于大電流飽和狀態(tài)，在不停機的前提下減小igbt的工作電流，保證持續(xù)工作狀態(tài)下的igbt安全的igbt的無源保護(hù)電路。

igbt的無源保護(hù)電路，用驅(qū)動電路的驅(qū)動信號作為電源，包括有參考電壓電路、vce采樣電路、保護(hù)電路，參考電壓電路包括一個電阻、一個穩(wěn)壓管、一個三極管的be結(jié)，電氣連接為：驅(qū)動信號正極---電阻---穩(wěn)壓管正極---穩(wěn)壓管負(fù)極---三極管的be結(jié)-驅(qū)動信號地，vce采樣電路包括一個二極管和另一個穩(wěn)壓管，電氣連接為：igbt的c極---二極管正極---二極管負(fù)極---穩(wěn)壓管的負(fù)極---穩(wěn)壓管的正極---參考電壓電路中的穩(wěn)壓管的正極，保護(hù)電路包括一個電阻和一個n型三極管，電阻是三極管的esd保護(hù)回路。

保護(hù)電路的另一種形式是由包括一個電阻、一個n型三極管、一個光電耦合器，電阻是三極管的esd保護(hù)回路，光電耦合器是一個隔離反饋元件。

本發(fā)明igbt的無源保護(hù)電路，適用于任何igbt驅(qū)動電路的外加保護(hù)，利用驅(qū)動電路的信號作為能源，不增加外部輔助電源，將占空比較大的pwm切割成占空比較小的方波信號，以防止igbt長時間工作于大電流飽和狀態(tài)，在不停機的前提下減小igbt的工作電流，保證了持續(xù)工作狀態(tài)下的igbt的安全。

附圖說明

圖1是基本的igbt的無源保護(hù)電路圖，圖中電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q、電阻r4組成開關(guān)保護(hù)電路。

圖2是用光電耦合器作為反饋的igbt的無源保護(hù)電路圖，圖中，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4、光電耦合器op1組成開關(guān)反饋保護(hù)電路。

圖3是基本的igbt的無源保護(hù)電路與igbt的連接原理圖，圖中p1表示輸入pwm信號，r1表示柵極輸入電阻，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q1的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4組成開關(guān)保護(hù)電路。

圖4是用光電耦合器作為反饋的igbt的無源保護(hù)電路與igbt的連接原理圖，圖中p1表示輸入pwm信號，r1表示柵極輸入電阻，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q1的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4、光電耦合器op1組成開關(guān)反饋保護(hù)電路。

圖5是用光電耦合器作為反饋的igbt的無源保護(hù)電路與igbt及其驅(qū)動器amp的連接原理圖，圖中p1表示輸入pwm信號，op2為信號輸入隔離光電耦合器，amp為驅(qū)動器，r1表示柵極輸入電阻，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q1的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4、光電耦合器op1組成開關(guān)反饋保護(hù)電路。

圖6a、圖6b是按圖5原理連接的igbt的無源保護(hù)電路產(chǎn)生的實際效果圖，圖6a為正常的pwm波形，圖6b為保護(hù)狀態(tài)下的pwm波形。

具體實施方式

以下結(jié)合實例對上述igbt的無源保護(hù)電路作進(jìn)一步說明：

本發(fā)明的igbt的無源保護(hù)電路，實施時主要有三種連接方法，一是將保護(hù)電路接在igbt的柵極與發(fā)射極之間，二是將開關(guān)反饋保護(hù)電路接在igbt驅(qū)動電路的輸入光電耦合器前，三是將開關(guān)反饋保護(hù)電路與系統(tǒng)cpu或相關(guān)保護(hù)控制電路相連，以下分別舉例說明：

實施例一

附圖1中，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q1的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4組成開關(guān)保護(hù)電路。

這個電路與igbt的連接原理如附圖3，p1是igbt的驅(qū)動信號，通常在10-18v之間，它在保護(hù)電路中被當(dāng)作電源使用，電流的流向有兩路：一路是從電阻r2---dw1---d1---igbt的ce結(jié)，另一路是從電阻r2---dw2---三極管q1的be結(jié)，這兩路不會同時導(dǎo)通，同一時間只有一路導(dǎo)通，當(dāng)igbt正常工作時，即igbt的ce結(jié)上的壓降vce沒有達(dá)到它本身固有的飽和電壓時，它們的電壓關(guān)系為：

vdw1+vd1+vce＜vdw2+vbe

電流將從電阻r2---dw1---d1---igbt的ce結(jié)流過，另一路內(nèi)沒有電流，因此，三極管q1處于截止?fàn)顟B(tài)，即保護(hù)電路不起作用；當(dāng)流過igbt的電流過大，在igbt的ce結(jié)上的壓降vce達(dá)到或超過它本身固有的飽和電壓時，它們的電壓關(guān)系為：

vdw1+vd1+vce＝vdw2+vbe

或

vdw1+vd1+vce＞vdw2+vbe

電流不再經(jīng)過igbt的ce結(jié)，而是從電阻r2---dw2---三極管q1的be結(jié)，使三極管q1導(dǎo)通，將igbt的柵極與發(fā)射極短路，igbt被迫截止，流經(jīng)igbt的電流中斷，這樣便保護(hù)了igbt。

這種保護(hù)電路是借用了驅(qū)動信號作為電源，通過采樣電壓與參考電壓的對比，保護(hù)電路對驅(qū)動信號作一個自我關(guān)斷，以防止igbt長時間過流、發(fā)熱和損壞。

實施例二

附圖2是用光電耦合器作為反饋的igbt的無源保護(hù)電路圖，圖中，電阻r2、穩(wěn)壓管dw2、三極管q1的基極b和發(fā)射極e組成參考電壓電路，二極管d1、穩(wěn)壓管dw1組成igbt的vce采樣電路，三極管q1、電阻r4、光電耦合器op1組成開關(guān)反饋保護(hù)電路，其工作原理與附圖1基本相同，不同的是保護(hù)輸出增加了一個光電耦合器，它是用來隔離igbt的高壓的，當(dāng)igbt飽和時，vce達(dá)到或超過它本身固有的飽和電壓，q1導(dǎo)通，光電耦合器中的發(fā)光管點亮，隔離的光敏管導(dǎo)通，即輸出端m、n導(dǎo)通。

這個電路的應(yīng)用如附圖5所示，系統(tǒng)的pwm信號流經(jīng)r5，通過光電耦合器op2隔離后，實現(xiàn)了信號電源與igbt工作電源的完全隔離。當(dāng)igbt飽和時，光電耦合器op1導(dǎo)通，op1的m、n兩端導(dǎo)通，將pwm信號全部短路到地，驅(qū)動電路因為沒有pwm信號，其輸出為低電平，igbt補強制判斷，實現(xiàn)被動保護(hù)。

實施例三

附圖4，保護(hù)電路通過光電耦合器op1的輸出端，將保護(hù)信號反饋到不同的低壓控制電路，如信號源、信號輸入電路或mcu管理電路等。

附圖6a、圖6b是igbt柵極的pwm信號對比圖，附圖6a為正常的pwm波形，表明igbt工作于未飽和狀態(tài)，即正常狀態(tài)，附圖6b為保護(hù)狀態(tài)下的pwm波形，即飽和狀態(tài)下的pwm波形，這個波形被切割成了三個占空比很小的方波，igbt的工作時間減少，這樣流經(jīng)igbt的電流被鉗制于飽和電流以下，保護(hù)了igbt，同時又處于工作狀態(tài)，即不停機狀態(tài)。