專利名稱：高速自保護式大功率管基極驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種大功率晶體管的短路和過載保護裝置，用于交流變頻調(diào)速、逆變器和直流斬波器中控制大功率晶體管(以下簡稱GTR)基極驅(qū)動信號。
目前，國內(nèi)尚不能批量生產(chǎn)大功率的GTR，幾乎全部依賴進口以滿足一些電路裝配的需要。但在使用中因為過載、短路或其他不明原因，經(jīng)常發(fā)生燒管事故，既造成整個線路不能工作，又造成很大經(jīng)濟損失。因此快速保護GTR已成為一大技術(shù)關(guān)鍵。國外正在努力研究來攻克難關(guān)，國內(nèi)尚未見到任何文獻和產(chǎn)品出現(xiàn)。目前僅查到一份類似文獻報道，題目為“IGBT用ヶ“一トト”ラブモシ“ユ一ル”(門電路驅(qū)動模塊)，刊登在日本富士時報V0162NO.11 1989 P736上。該文沒有詳細技術(shù)說明，只有照片，內(nèi)部電路無法得知，它的用途是對IGBT的驅(qū)動，不適于GTR的驅(qū)動。
大功率晶體管為什么會被燒壞，這是因為在晶體管電壓型的逆變器中，過電流保護通常采用霍爾傳感器測量直流回路中的電流，然后再通過控制回路來切斷GTR，檢測時間較長，在此期間GTR有可能已被燒壞。
本實用新型的目的是提供一個新的GTR基極驅(qū)動裝置，它能夠可靠地在外界電路發(fā)生短路或由于過載而使GTR工作進入非飽和區(qū)時，迅速切斷GTR基極脈沖，使其得到保護。
本實用新型的任務(wù)是這樣完成的1)用普通低速的光電耦合器連在共基極放大器的發(fā)射極回路里來獲得快速響應(yīng)，這樣可以減少光耦合晶體管的密封效應(yīng)，降低元器件成本，2)用NE555構(gòu)成斯密特觸發(fā)器，對光電耦合器輸出脈沖整形，電路簡單，時間延時小，3)用MOS型晶體管作為接通功率放大部分的高速電子開關(guān)進行GTR基極脈沖的控制。整個電氣裝置按上述主要電路構(gòu)成。當線路工作正常時，由斯密特觸發(fā)器輸出的方波脈沖，通過RC微分延時，再通過或門去打開高速電子開關(guān)，使方波脈沖通過功率放大去驅(qū)動GTR基極。如果外界電路發(fā)生短路或者由于過載而使GTR工作進入非飽和區(qū)，GTR飽和壓降檢測電路輸出的信號將迫使高速電子開關(guān)迅速切斷，即切斷了GTR基極脈沖，達到了對GTR的保護。本驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，使用可靠，當按下面詳述的實施例組接，由于零件少、成本低將會產(chǎn)生較明顯的經(jīng)濟效益。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。


圖1是本實用新型的裝置電路方框圖。
圖2是本實用新型的原理電路圖。
圖3是本實用新型的試驗線路圖。
參照圖1，［1］為光電耦合器、［2］為共基極放大電路、［3］為斯密特觸發(fā)器、［4］為高速電子開關(guān)、［5］為功率放大器、［6］為延時電路、［7］為或門、［8］為GTR飽和壓降檢測。該驅(qū)動裝置由上述八部分電路組成。
參照圖2，用普通低速的光電耦合管作光電耦合器［1］連接在電阻R4、R5、R6和三極管Q5組成的共基極放大電路［2］的發(fā)射極回路中，來獲得快速響應(yīng)，還可以減少光電耦合管的密勒效應(yīng)，從而降低成本。共基極放大電路［2］輸出端與由NE555、電阻R7、MOS管子Q2組成的斯密特觸發(fā)器［3｝的2、6腳相連。該觸發(fā)器是將方波脈沖整形，線路簡單時間延時小。斯密特觸發(fā)器［3］輸出端腳3與Q1高速電子開關(guān)［4］相連，其輸出端與由電阻R8～R10、晶體管Q3、Q4組成的功率放大器［5］相接，功率放大器［5］的輸出端與GTR連接。斯密特觸發(fā)器［3］的腳3還與RC微分延時電路［6］的C一端相接，C的另一端與電阻R1～R3、穩(wěn)壓管ZD、集成電路IC1、IC2組成的或門電路［7］的腳2相連，或門電路［7］的輸出端腳7與高速電子開關(guān)［4］Q1連接。IC1的腳5與晶體管D構(gòu)成的GTR飽和壓降檢測電路［8］連接。
本驅(qū)動裝置的供電電壓為＋10伏和－3.6伏兩組。
為了清楚完整說明該驅(qū)動裝置，有必要進一步將其線路加以說明。由NE555輸出的方波脈沖，首先經(jīng)過RC微分延時電路［6］微分。微分時間常數(shù)必須略大于GTR的開啟時間，否則過大的時間常數(shù)會造成GTR損耗增大。經(jīng)過微分，將信號送到或門電路［7］中的電壓比較器IC2的反相輸入端，由于IC1、IC2電壓比較器都是集電極開路形式，因此可以并聯(lián)成“或”的狀態(tài)。在脈沖到達期間比較器輸出低電平，這就使P溝道MOS場效應(yīng)Q1處于開啟狀態(tài)。于是EN555電路的輸出脈沖被送到功率放大器［5］放大再去驅(qū)動GTR的基極。如果在微分時間內(nèi)GTR已飽和導(dǎo)通，那么其集電極電壓就降至飽和壓降，通常在2伏左右。因為二極管D正向?qū)?，使IC15號腳出現(xiàn)低電平，于是IC1處于低電平輸出狀態(tài)，這保證了P溝道MOS場效應(yīng)Q1繼續(xù)導(dǎo)通，也即GTR處于正常工作狀態(tài)。一旦負載瞬時短路或者過載，GTR出現(xiàn)脫離飽和狀態(tài)，那么GTR集電極電壓就會瞬時上升，使IC1輸出商高電平，高速電子開關(guān)將迅速關(guān)斷Q1，從而切斷GTR基極正向驅(qū)動脈沖。與此同時N溝道MOS場效應(yīng)Q2導(dǎo)通，以致使PNP大功率管Q4導(dǎo)通，將－3伏左右的截止電壓迅速加至GTR基極上，使其快速切斷。
參照圖3，試驗該保護器時，調(diào)節(jié)交流輸入電壓，待電容兩端電壓達到300VDC，啟動函數(shù)發(fā)生器電源，將其頻率調(diào)整在1KC，用示波器觀察X－Y兩端波形為1KC占空比50％的方波，正向峰值約＋2V，負向峰值約－3V，100W燈泡點亮。此時開關(guān)K突然將燈泡短路，X－Y兩端正負脈沖僅幾個微秒，電流表指示下降。如果反復(fù)接通、打開開關(guān)，GTR未發(fā)生燒毀現(xiàn)象，開關(guān)上也未見明顯火花，就說明保護器是可靠的。
權(quán)利要求1.一種高速自保護式大功率管基極驅(qū)動裝置，其特征在于它包括光電耦合器[1]、共基極放大電路[2]、斯密特觸發(fā)器[3]、高速電子開關(guān)[4]、功率放大器[5]、延時電路[6]、或門[7]、CTR飽和壓降檢測電路[8]，所述的光電耦合器[1]連接在所述的共基極放大電路[2]Q5的發(fā)射極回路里，該放大電路由電阻R4～R6、晶體管Q5組成，其輸出端與所述的斯密特觸發(fā)器[3]的腳2、b相接，該觸發(fā)器[3]由電阻R7、晶體管Q2、集成電路NE555組成，它的輸出端腳3與所述的高速電子開關(guān)[4]Q1相連，該開關(guān)[4]的輸出端與所述的功率放大器[5]相連，該放大器[5]由電阻R8～R10、晶體管Q3、Q4組成，它的輸出端與GTR連接，斯密特觸發(fā)器[3]的腳3還與所述的微分延時電路[6]的C一端相接，C的另一端與所述的或門電路[7]的腳2相接，所述的微分延時電路[6]是RC電路，或門電路[7]由電阻R1～R3、晶體管ZD、集成電路IC1、IC2組成，或門電路[7]的輸出端腳7與高速電子開關(guān)[4]Q1相接，腳5與所述的由二極管D構(gòu)成的GTR飽和壓降檢測電路[8]連接，整個裝置由兩組電源電壓供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動保護裝置，其特征在于兩組供電電源電壓為＋10V和－3.6V。
專利摘要本實用新型提供的高速自保護式大功率管基極驅(qū)動裝置涉及一種大功率晶體管的短路和過載保護，用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中逆變器或晶體管直流斬波器中保護價格昂貴的大功率晶體管。這是由于大功率管過載能力低，為了解決較長時間過載燒壞管子，在大功率管驅(qū)動回路中接入高速電子開關(guān)，其電路包括光電耦合器、共基極放大電路、斯密特觸發(fā)器、高速電子開關(guān)功率放大器、延時電路、或門和GTR飽和壓降檢測電路等部分。一旦發(fā)生故障，立即關(guān)斷其基極信號或關(guān)掉基極脈沖，以達到保護的目的。
文檔編號H02H7/122GK2076724SQ9022366
公開日1991年5月8日 申請日期1990年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月17日
發(fā)明者王啟棟 申請人:機械電子工業(yè)部上海電器科學(xué)研究所