CN202772560U - Igbt过流保护电路及感性负载控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种IGBT过流保护电路及感性负载控制电路，其中IGBT过流保护电路包括绝缘栅双极型晶体管、IGBT驱动电路、负载电感、用于为负载电感提供工作电压的供电电源、以及用于当IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时减小绝缘栅双极型晶体管的栅极电压的下降速度的IGBT栅极降压控制电路，负载电感的一端与供电电源连接，负载电感的另一端与绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，绝缘栅双极型晶体管的源极接地，IGBT栅极降压控制电路与绝缘栅双极型晶体管的栅极以及绝缘栅双极型晶体管的漏极连接。本实用新型避免了因电路出现过流或短路故障以导致IGBT的损坏，同时，本实用新型还能防止错误过流保护的现象发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及过流保护技术领域，尤其涉及一种IGBT过流保护电路及感性负载控制电路。
背景技术
由于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）具有饱和压降低、载流密度大、驱动功率小及开关速度快等特点，其非常适用于直流电压为300V及300V以上的变流系统中，如交流电机、家用电器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
然而，现有技术中的IGBT过流保护电路存在以下缺陷：
（1）当电路出现过流或短路故障时，其电流幅值很大，若一旦检测到过流信号或短路故障信号就关断IGBT，则会由于IGBT的关断速度过快而使电路中电流的下降速度（di/dt）过大，以导致电路产生很大的感应电动势（Ldi/dt），从而产生很高的尖峰电压，而该尖峰电压将会导致IGBT的永久性损坏及用电设备中其他元器件的损坏；
（2）由于电路本身的抗干扰能力不强，若一旦检测到过流信号或短路故障信号就关断IGBT，将会导致电路出现错误的过流保护现象。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种IGBT过流保护电路，旨在防止错误过流保护、以及当电路出现过流或短路故障时减小电路中IGBT栅极电压的下降速度以避免IGBT的损坏。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种IGBT过流保护电路，该IGBT过流保护电路包括绝缘栅双极型晶体管、IGBT驱动电路、负载电感、用于为负载电感提供工作电压的供电电源、以及用于当所述IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时减小所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压的下降速度的 IGBT栅极降压控制电路，所述负载电感的一端与所述供电电源连接，所述负载电感的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地，所述IGBT栅极降压控制电路与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极以及所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接。
优选地，所述IGBT栅极降压控制电路包括第一工作电压输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管、第一稳压二极管及第二稳压二极管；所述第一二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，第一二极管的阳极与第一稳压二极管的阴极连接，第一稳压二极管的阳极与第一三极管的基极连接，且经第一电容接地，第一三极管的发射极接地，第二电阻与第二电容相互并联，第二电阻和第二电容的一个公共端与第一工作电压输入端连接，第二电阻和第二电容的另一个公共端经第一电阻与第一三极管的集电极连接，第二稳压二极管与第二电容相互并联，第二稳压二极管的阴极与第一工作电压输入端连接，第二稳压二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二三极管的基极连接，第二三极管的集电极经第三电阻接地，第二三极管的发射极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
优选地，所述第一三极管为NPN三极管，所述第二三极管为PNP三极管。
优选地，所述IGBT驱动电路包括第二工作电压输入端、第三三极管、第四三极管及第四电阻，所述第三三极管的集电极与所述第二工作电压输入端连接，所述第三三极管的基极与所述第四三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的发射极连接，且经所述第四电阻与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第四三极管的集电极接地。
优选地，所述第三三极管为NPN三极管，所述第四三极管为PNP三极管。
优选地，所述第一工作电压输入端及所述第二工作电压输入端的电压均为15V。
优选地，所述供电电源的电压为310V。
本实用新型还提出一种感性负载控制电路，该感性负载控制电路包括IGBT过流保护电路，所述IGBT过流保护电路包括绝缘栅双极型晶体管、IGBT驱动电路、负载电感、用于为负载电感提供工作电压的供电电源、以及用于 当所述IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时减小所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压的下降速度的IGBT栅极降压控制电路，所述负载电感的一端与所述供电电源连接，所述负载电感的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地，所述IGBT栅极降压控制电路与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极以及所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接。
本实用新型提出的IGBT过流保护电路，通过在现有的IGBT过流保护电路中增设一IGBT栅极降压控制电路，当本实用新型IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时，该IGBT栅极降压控制电路能减小电路中IGBT的栅极电压的下降速度，从而避免了因IGBT栅极电压的下降速度过快而在其漏极产生过高的尖峰电压以导致IGBT的永久性损坏，同时，本实用新型还能防止错误过流保护的现象发生。
附图说明
图1是本实用新型IGBT过流保护电路较佳实施例的电路结构示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1是本实用新型IGBT过流保护电路较佳实施例的电路结构示意图。
参照图1，本实用新型IGBT过流保护电路包括IGBT驱动电路1、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）2、IGBT栅极降压控制电路3、负载电感L及用于为负载电感L提供工作电压的供电电源。本实用新型实施例中供电电源的电压为310V。
具体的，负载电感L的一端与310V的供电电源连接，负载电感L的另 一端与IGBT 2的漏极连接，IGBT 2的源极接地，而且IGBT2的漏极与栅极均与IGBT栅极降压控制电路3连接。该IGBT栅极降压控制电路3用于当本实用新型IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时减小电路中IGBT 2的栅极电压的下降速度。
其中，IGBT栅极降压控制电路3包括第一工作电压输入端、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一稳压二极管ZD1及第二稳压二极管ZD2。其中，第一三极管Q1为NPN三极管，第二三极管Q2为PNP三极管。
IGBT驱动电路1包括第二工作电压输入端、第三三极管Q3、第四三极管Q4及第四电阻R4。其中，第三三极管Q3为NPN三极管，第四三极管Q4为PNP三极管。
本实用新型实施例中IGBT栅极降压控制电路3的第一工作电压输入端及IGBT驱动电路1的第二工作电压输入端的电压均为15V。
具体的，IGBT栅极降压控制电路3中第一二极管D1的阴极与IGBT 2的漏极连接，第一二极管D1的阳极与第一稳压二极管ZD1的阴极连接，第一稳压二极管ZD1的阳极与第一三极管Q1的基极连接，且经第一电容C1接地，第一三极管Q1的发射极接地，第二电阻R2与第二电容C2相互并联，第二电阻R2与第二电容C2的一个公共端与15V的第一工作电压输入端连接，第二电阻R2与第二电容C2另一个公共端经第一电阻R1与第一三极管Q1的集电极连接，第二稳压二极管ZD2与第二电容C2相互并联，第二稳压二极管ZD2的阴极与15V的第一工作电压输入端连接，第二稳压二极管ZD2的阳极与第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极经第三电阻R3接地，第二三极管Q2的发射极与IGBT 2的栅极连接。
IGBT驱动电路1中的第三三极管Q3的集电极与15V的第二工作电压输入端连接，第三三极管Q3的基极与第四三极管Q4的基极连接，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的发射极连接，且经第四电阻R4与IGBT 2的栅极连接，第四三极管Q4的集电极接地。
本实用新型IGBT过流保护电路还包括第五电阻R5，第五电阻R5的一 端与IGBT栅极降压控制电路3中的第一二极管D1的阳极连接，第五电阻R5的另一端与IGBT驱动电路1中第四三极管Q4的发射极连接。
本实用新型IGBT过流保护电路的工作原理具体描述如下：
（1）IGBT过流保护电路正常工作时
当本实用新型IGBT过流保护电路正常工作时（未出现过流或短路故障现象），IGBT 2的漏极与源极之间的电压Uce较低，第一二极管D1导通，使得第一二极管D1的阳极（即b点）的电压Ub被钳位在第一稳压二极管ZD1的击穿电压之下，从而第一三极管Q1始终保持截止状态，此时，IGBT 2通过IGBT驱动电路1中的第四电阻R4正常导通和截止。
IGBT栅极降压控制电路3中的第一电容C1为本实用新型IGBT过流保护电路提供一个很小的延时保护与抗干扰作用，若本实用新型IGBT过流保护电路在某一时刻出现了一个很强的干扰或一瞬间的过流，则第一稳压二极管ZD1将会导通，从而为第一电容C1充电，若在第一电容C1的充电过程中，电路中的强干扰或瞬间过流消失了，则第一三极管Q1仍然为截止状态，从而使得本实用新型IGBT过流保护电路防止了错误过流保护现象的发生。
（2）IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时
当本实用新型IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时，IGBT 2的漏极与源极之间的电压Uce升高，b点的电压Ub也随之升高，当b点的电压Ub升高到一定值时，第一稳压二极管ZD1将被击穿，从而第一三极管Q1导通，此时第二电容C2通过第一电阻R1充电。然而，由于第二电容C2两端的电压不能突变，因此，第二稳压二极管的阳极（即a点）的电压Ua慢慢降低，当a点的电压Ua降低到一定值时，第二三极管Q2将导通，从而使得IGBT2的栅极电压Uge随着第二电容C2的电压的下降而下降，从而使得IGBT 2的电流下降速度缓慢，消除了IGBT 2漏极尖峰电压的产生，从而避免了因IGBT 2的漏极产生过高的尖峰电压而导致IGBT 2的永久性损坏。本实用新型实施例可以通过调节第二电容C2的电容值，以控制第二电容C2的充电速度，从而控制IGBT 2的栅极电压Uge的下降速度。当第二电容C2的电压下降至第二稳压二极管ZD2的击穿电压时，第二稳压二极管ZD2将被击穿，使得IGBT 2的栅极电压Uge被钳位在一个固定的电压值上，此时，IGBT 2的栅极电压Uge的降压过程结束，IGBT 2完全截止。
在本实用新型实施例中，若在IGBT 2栅极电压Uge的降压过程中，电路中的过流或短路故障信号消失了，则b点的电压Ub又会降低，从而第一三极管Q1又恢复到截止状态，此时，第二电容C2通过第二电阻R2放电，使得a点的电压Ua又被抬高，从而第二三极管Q2又恢复到截止状态，IGBT 2的栅极电压Uge上升，本实用新型IGBT过流保护电路又恢复到正常的工作状态。
本实用新型通过在现有的IGBT过流保护电路中增设一IGBT栅极降压控制电路，当本实用新型IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时，该IGBT栅极降压控制电路能减小电路中IGBT的栅极电压的下降速度，从而避免了因IGBT栅极电压的下降速度过快而在其漏极产生过高的尖峰电压以导致IGBT的永久性损坏，同时，本实用新型还能防止错误过流保护的现象发生。
本实用新型还提出一种感性负载控制电路，该感性负载控制电路包括IGBT过流保护电路，其IGBT过流保护电路的电路结构与上面所述IGBT过流保护电路的电路结构相同，此处不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种IGBT过流保护电路，包括绝缘栅双极型晶体管、IGBT驱动电路、负载电感及用于为负载电感提供工作电压的供电电源，所述负载电感的一端与所述供电电源连接，所述负载电感的另一端与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，所述绝缘栅双极型晶体管的源极接地，其特征在于，还包括：
用于当所述IGBT过流保护电路出现过流或短路故障时减小所述绝缘栅双极型晶体管的栅极电压的下降速度的IGBT栅极降压控制电路，所述IGBT栅极降压控制电路与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极以及所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接。
2.根据权利要求1所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述IGBT栅极降压控制电路包括第一工作电压输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管、第一稳压二极管及第二稳压二极管；所述第一二极管的阴极与所述绝缘栅双极型晶体管的漏极连接，第一二极管的阳极与第一稳压二极管的阴极连接，第一稳压二极管的阳极与第一三极管的基极连接，且经第一电容接地，第一三极管的发射极接地，第二电阻与第二电容相互并联，第二电阻和第二电容的一个公共端与第一工作电压输入端连接，第二电阻和第二电容的另一个公共端经第一电阻与第一三极管的集电极连接，第二稳压二极管与第二电容相互并联，第二稳压二极管的阴极与第一工作电压输入端连接，第二稳压二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第二三极管的基极连接，第二三极管的集电极经第三电阻接地，第二三极管的发射极与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN三极管，所述第二三极管为PNP三极管。
4.根据权利要求2所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述IGBT驱动电路包括第二工作电压输入端、第三三极管、第四三极管及第四电阻， 所述第三三极管的集电极与所述第二工作电压输入端连接，所述第三三极管的基极与所述第四三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极与所述第四三极管的发射极连接，且经所述第四电阻与所述绝缘栅双极型晶体管的栅极连接，所述第四三极管的集电极接地。
5.根据权利要求4所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第三三极管为NPN三极管，所述第四三极管为PNP三极管。
6.根据权利要求4所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述第一工作电压输入端及所述第二工作电压输入端的电压均为15V。
7.根据权利要求1所述的IGBT过流保护电路，其特征在于，所述供电电源的电压为310V。
8.一种感性负载控制电路，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的IGBT过流保护电路。
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