CN202888814U - 一种igbt短路保护软关断电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种IGBT短路保护软关断电路，包括：三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4；二极管D2、PNP三极管Q2；驱动电阻R4、驱动电阻R6、驱动电阻R7、电阻R2、限流电阻R3、限流电阻R5。本实用新型可以方便调整IGBT关断的驱动电阻，配合IGBT的集电极、发射极之间电压的测量，实现理想的IGBT短路保护软关断的效果。
Description
技术领域
本实用新型属于电路保护领域，特别是涉及一种变频器短路保护电路。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
在变频器中，IGBT是非常关键的器件，必须对其做全方位的保护。而IGBT的短路保护更是重中之重。变频器短路发生时，通常都伴随着严重设备故障、误操作，极可能造成设备损坏或者人身伤亡事故。而IGBT的短路保护正是避免这种后果的最好方法之一。
在变频器中，IGBT发生短路时会伴随着极大的电流，最大可达到IGBT额定电流的几倍。IGBT短路检测电路由另外电路实现，在本申请人此前的专利申请中公开，专利申请号为：201220444103.3。如果IGBT的短路检测电路检测到IGBT短路，需要比控制器发出IGBT-Driver关断IGBT命令更早的关断IGBT命令，防止IGBT过热损坏。此时IGBT短路检测电路产生IGBT-Fault信号，使此信号由低电平变为高电平。
以往的电路中，由于主回路上寄生电感的存在，短路保护时关断过大的电流就会产生过高的关断过电压，很容易就会超出IGBT的安全工作区，从而造成IGBT的过电压失效。如果在IGBT短路时延长IGBT的关断时间，就可实现IGBT的短路软关断，从而降低了IGBT的关断过电压，保护了IGBT。
发明内容
发明目的：提供一种IGBT短路保护软关断电路，在IGBT短路时延长IGBT的关断时间，降低IGBT的关断过电压，保护IGBT。
技术方案：一种IGBT短路保护软关断电路，包括：三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4；二极管D2、PNP三极管Q2；驱动电阻R4、驱动电阻R6、驱动电阻R7、电阻R2、限流电阻R3、限流电阻R5，其特征在于，限流电阻R3、限流电阻R5分别是三极管Q3、三极管Q4的基极限流电阻，限流电阻R3、限流电阻R5的一端并联于IGBT驱动信号IGBT-Driver的一端，限流电阻R5另一端与三极管Q3、驱动电阻R7串联后接地；限流电阻R3的另一端与三极管Q4、驱动电阻R6串联后接地；限流电阻R5另一端与二极管D2、三极管Q1串联后与IGBT饱 和压降检测信号IGBT-Fault相连接；三极管Q1、电阻R2、PNP三极管Q2、驱动电阻R4串联后接地；
当IGBT短路时，短路检测电路产生IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault，使此信号由低电平-10V变为高电平+15V，三极管Q4保持关断，三极管Q1饱和导通，二极管D2将三极管Q3的基极钳位至-10V，三极管Q3被关断；而PNP三极管Q2此时导通，IGBT的栅极通过驱动电阻R4由+15V放电至-10V；通过合理设定驱动电阻R4阻值，就能延长IGBT的关断时间，实现IGBT的短路软关断；
当IGBT未发生短路时，IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault一直保持高电平+15V，PNP三极管Q2一直保持关断；IGBT驱动信号IGBT-Driver为高电平+15V时，三极管Q3导通，三极管Q4关断，驱动电阻R7控制IGBT的开通时间；当IGBT驱动信号IGBT-Driver变为低电平-10V时，三极管Q4导通，三极管Q3关断，通过驱动电阻R6控制IGBT的关断时间。
本实用新型的优点和有益效果：此电路全部采用分立器件完成，具有可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉的优点；IGBT短路时与IGBT正常工作时的关断电路分别采用不同的支路，相互之间无干扰；可以方便调整IGBT关断的驱动电阻，配合IGBT的集电极、发射极之间电压的测量，可以很方便的达到理想IGBT短路保护软关断的效果。
附图说明
图1是本实用新型IGBT短路保护软关断电路示意图；
图2是本实用新型实施例电路示意图；
图3是本实用新型实施例中IGBT未发生短路时的IGBT集电极-发射极关断过电压图；
图4是本实用新型实施例中IGBT未发生短路时的栅极-发射极电压波形图；
图5是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的集电极-发射极关断过电压图；
图6是本实用新型实施例中IGBT短路时的栅极-发射极电压下降波形图；
图7是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的集电极-发射极关断过电压图；
图8是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的栅极-发射极电压下降波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1，一种IGBT短路保护软关断电路，包括：三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4；二极管D2、PNP三极管Q2；驱动电阻R4、驱动电阻R6、驱动电阻R7、电阻R2、限流电阻R3、限流电阻R5，其特征在于，限流电阻R3、限流电阻R5分别是三极管Q3、三极管Q4的基极限流电阻，限流电阻R3、限流电阻R5的一端并联于IGBT驱动信号IGBT-Driver的一端，限流电阻R5另一端与三极管Q3、驱动电阻R7串联后接地；限流电阻R3的另一端与三极管Q4、驱动电阻R6串联后接地；限流电阻R5另一端与二极管D2、三极管Q1串联后与IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault相连接；三极管Q1、电阻R2、PNP三极管Q2、驱动电阻R4串联后接地；
当IGBT短路时，短路检测电路产生IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault，使此信号由低电平-10V变为高电平+15V，三极管Q4保持关断，三极管Q1饱和导通，二极管D2将三极管Q3的基极钳位至-10V，三极管Q3被关断；而PNP三极管Q2此时导通，IGBT的栅极通过驱动电阻R4由+15V放电至-10V；通过合理调整驱动电阻R4阻值，就能调整IGBT的关断时间，实现IGBT的短路软关断；
当IGBT未发生短路时，IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault一直保持高电平+15V，PNP三极管Q2一直保持关断；IGBT驱动信号IGBT-Driver为高电平+15V时，三极管Q3导通，三极管Q4关断，驱动电阻R7控制IGBT的开通时间；当IGBT驱动信号IGBT-Driver变为低电平-10V时，三极管Q4导通，三极管Q3关断，通过驱动电阻R6控制IGBT的关断时间。
图2是本实用新型实施例电路示意图，主回路的母线电压为100V，流经IGBT的电流为100A，寄生电感为100nH。电压源V1用于产生+15V电压，电压源V4用于产生-10V电压。电压源V3用于产生IGBT驱动信号IGBT-Driver，频率1KHz，占空比30%。电压源V2用于产生IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault，频率100Hz。电压源V5是主回路母线电压，R9是限流电阻，L1为寄生电感。
图3是本实用新型实施例中IGBT未发生短路时的IGBT集电极-发射极关断过电压图，驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω。IGBT的集电极-发射极过冲电压约为40V。
图4是本实用新型实施例中IGBT未发生短路时的栅极-发射极电压波形图，驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω。栅极-发射极电压下降时间约为：3.75μS。
图5是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的集电极-发射极关断过电压图，驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω，驱动电阻R4为5Ω。IGBT的集电极-发射极过冲电压为30V。
图6是本实用新型实施例中IGBT短路时的栅极-发射极电压下降波形图，驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω，驱动电阻R4为5Ω。栅极-发射极电压下降时间约为7.5μS。通过与图二的对比可以看到栅极-发射极电压下降时间明显延长，这是因为IGBT软关断电路正在工作。
图7是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的集电极-发射极关断过电压图；驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω。将驱动电阻R4的阻值由5Ω改为50Ω，IGBT的集电极-发射极过冲电压为10V。图中，曲线1为驱动电阻R4为50Ω的关断波形，曲线2为驱动电阻R4为5Ω的关断波形。
图8是本实用新型实施例中IGBT发生短路时的栅极-发射极电压下降波形图，驱动电阻R6、驱动电阻R7均为2Ω。将驱动电阻R4的阻值由5Ω改为50Ω。曲线3为驱动电阻R4为50Ω的关断波形，曲线4为驱动电阻R4为5Ω的关断波形。通过对比可以看到，改变驱动电阻R4的阻值就可以改变IGBT的关断时间，从而实现了IGBT的短路软关断。
此电路全部采用分立器件完成，具有可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉的优点。IGBT短路时与IGBT正常工作时的关断电路分别采用不同的支路，相互之间无干扰。可以方便调整IGBT关断的驱动电阻，配合IGBT的集电极、发射极之间电压的测量，可以很方便的达到理想IGBT短路保护软关断的效果。
Claims (3)
1.一种IGBT短路保护软关断电路，包括：三极管Q1、三极管Q3、三极管Q4；二极管D2、PNP三极管Q2；驱动电阻R4、驱动电阻R6、驱动电阻R7、电阻R2、限流电阻R3、限流电阻R5，其特征在于，限流电阻R3、限流电阻R5分别是三极管Q3、三极管Q4的基极限流电阻，限流电阻R3、限流电阻R5的一端并联于IGBT驱动信号IGBT-Driver的一端，限流电阻R5另一端与三极管Q3、驱动电阻R7串联后接地；限流电阻R3的另一端与三极管Q4、驱动电阻R6串联后接地；限流电阻R5另一端与二极管D2、三极管Q1串联后与IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault相连接；三极管Q1、电阻R2、PNP三极管Q2、驱动电阻R4串联后接地。
2.如权利要求1所述的IGBT短路保护软关断电路，其特征在于，当IGBT短路时，短路检测电路产生IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault，使此信号由低电平-10V变为高电平+15V，三极管Q4保持关断，三极管Q1饱和导通，二极管D2将三极管Q3的基极钳位至-10V，三极管Q3被关断；而PNP三极管Q2此时导通，IGBT的栅极通过驱动电阻R4由+15V放电至-10V；通过合理设定驱动电阻R4阻值，就能延长IGBT的关断时间，实现IGBT的短路软关断。
3.如权利要求1所述的IGBT短路保护软关断电路，其特征在于，当IGBT未发生短路时，IGBT饱和压降检测信号IGBT-Fault一直保持高电平+15V，PNP三极管Q2一直保持关断；IGBT驱动信号IGBT-Driver为高电平+15V时，三极管Q3导通，三极管Q4关断，驱动电阻R7控制IGBT的开通时间；当IGBT饱和压降检测信号IGBT-Driver变为低电平-10V时，三极管Q4导通，三极管Q3关断，通过驱动电阻R6控制IGBT的关断时间。
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Granted publication date: 20130417 |
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