一种IGBT驱动过流保护电路及方法 |
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| 申请号 | CN202410114345.3 | 申请日 | 2024-01-26 | 公开(公告)号 | CN117955049A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 重庆云潼科技有限公司; | 发明人 | 蒋开悦; 黄晓意; 胡绍国; 廖光朝; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种IGBT驱动过流保护 电路 及方法，涉及电 力 电子 技术领域，解决了现有的过流保护电路在过流时不能够及时反馈电路状态，并且不能够及时将输出 信号 拉低进一步使得IGBT停止工作的技术问题。该电路包括IGBT、驱动模 块 和控制警示模块；驱动模块的第一端与IGBT的栅极和控制警示模块的第一端相连，驱动模块的第二端接地；控制警示模块的第二端与IGBT的发射极相连，控制警示模块的第三端接地；IGBT的集 电极 接入供电 电压 。本发明在IGBT处于过流状态时，驱动模块及时的将传输的驱动 电流 流向控制警示模块，通过控制警示模块流向地，强制拉低IGBT的 门 极电压，还驱动IGBT处于断开状态，保护IGBT，同时通过控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态进行及时提示。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种IGBT驱动过流保护电路，其特征在于，包括IGBT、驱动模块(1)和控制警示模块(2)；所述驱动模块(1)的第一端与所述IGBT的栅极和所述控制警示模块(2)的第一端相连，所述驱动模块(1)的第二端接地；所述控制警示模块(2)的第二端与所述IGBT的发射极相连，所述控制警示模块(2)的第三端接地；所述IGBT的集电极接入供电电压； |
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| 说明书全文 | 一种IGBT驱动过流保护电路及方法技术领域背景技术[0002] IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种三端半导体开关器件，可用于多种电子设备中的高效快速开关。IGBT是由BJT(双极性结型晶体管，bipolar junction transistor)和MOS管(金属‑氧化物半导体场效应晶体管，Metal‑Oxide‑Semiconductor Field‑Effect Transistor)组合的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有低导通压降和高输入阻抗的特性。 [0003] IGBT在工作过程中，由于内阻较小，流经IGBT的电流由耦接的负载决定，当负载较小或短路时，电路中的电流容易超过IGBT的阈值电流，严重情况下会造成驱动管以及负载损坏，因此要对电路中的电流进行过流警示并保护驱动管。现有IGBT驱动过流保护电路一般采用采样单元和保护单元相互配合，保护单元根据采样单元采集经过IGBT的电压控制IGBT的开通或断开，实现对电路的过流保护。但是，现有的过流保护电路在过流时不能够及时反馈电路状态，并且过流保护电路结构较为复杂，在驱动IGBT达到过流阈值时，不能够及时将输出信号拉低进一步使得IGBT停止工作。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种IGBT驱动过流保护电路及方法，以解决现有技术中存在的现有的过流保护电路在过流时不能够及时反馈电路状态，并且不能够及时将输出信号拉低进一步使得IGBT停止工作的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案： [0006] 本发明提供的一种IGBT驱动过流保护电路，包括IGBT、驱动模块和控制警示模块；所述驱动模块的第一端与所述IGBT的栅极和所述控制警示模块的第一端相连，所述驱动模块的第二端接地；所述控制警示模块的第二端与所述IGBT的发射极相连，所述控制警示模块的第三端接地；所述IGBT的集电极接入供电电压； [0007] 所述驱动模块用于驱动所述IGBT处于导通状态或断开状态； [0008] 所述控制警示模块用于在所述IGBT处于导通状态的条件下，获取的所述控制警示模块的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS； [0009] 如果所述VGS不小于所述NMOS晶体管的栅极与源极之间的阈值电压VGS(th)，则确定所述IGBT处于过流状态，并通过所述控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态，还驱动所述IGBT处于断开状态。 [0010] 优选的，所述驱动模块包括MCU控制器和驱动IC芯片；所述MCU控制器与所述驱动IC芯片的第一输入端相连，所述驱动IC芯片的第二输入端接地，所述驱动IC芯片的第三输入端接入所述驱动IC芯片的工作电压，所述驱动IC芯片的第一输出端、所述驱动IC芯片的第二输出端和所述IGBT的栅极与所述控制警示模块的第一端相连于第一交点A； [0011] 其中，所述驱动模块的第一端包括所述驱动IC芯片的第一输出端和所述驱动IC芯片的第二输出端，所述驱动模块的第二端为所述驱动IC芯片的第二输入端。 [0012] 优选的，所述驱动模块还包括电阻R1和电阻R2，所述驱动IC芯片的第一输出端通过所述电阻R1与所述第一交点A相连，所述驱动IC芯片的第二输出端通过所述电阻R2与所述第一交点A相连。 [0013] 优选的，所述控制警示模块包括NMOS晶体管、指示灯HL和电阻R5，所述NMOS晶体管的漏极与所述第一交点A相连，所述NMOS晶体管的源极与所述指示灯HL的第一端相连，所述NMOS晶体管的栅极、所述电阻R5的第一端与所述IGBT的发射极相连于第二交点B，所述指示灯HL的第二端和所述电阻R5的第二端均接地； [0014] 其中，所述控制警示模块的第一端为所述NMOS晶体管的漏极，所述控制警示模块的第二端包括所述NMOS晶体管的栅极和所述电阻R5的第一端，所述控制警示模块的第三端包括所述指示灯HL的第二端和所述电阻R5的第二端。 [0015] 优选的，所述控制警示模块还包括电阻R4，所述NMOS晶体管的栅极通过所述电阻R4与所述第二交点B相连。 [0016] 优选的，还包括电阻R3，所述IGBT的栅极通过所述电阻R3与所述第一交点A相连。 [0017] 优选的，还包括电容C1，所述电容C1的第一端与所述IGBT的集电极相连，所述电容C1的第二端与所述指示灯HL的第二端和所述电阻R5的第二端相连。 [0018] 一种IGBT驱动过流保护方法，应用于上述任一项所述的IGBT驱动过流保护电路，包括： [0019] 通过所述IGBT驱动过流保护电路的驱动模块控制所述IGBT处于导通状态； [0020] 通过所述IGBT驱动过流保护电路的控制警示模块，获取的所述控制警示模块的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS； [0021] 如果所述VGS不小于所述NMOS晶体管的栅极与源极之间的阈值电压VGS(th)，则确定所述IGBT处于过流状态，并控制所述控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态，还驱动所述IGBT处于断开状态。 [0022] 优选的，通过所述IGBT驱动过流保护电路的控制警示模块，获取的所述控制警示模块的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS之后，还包括： [0023] 如果VGS [0024] 优选的，所述通过所述IGBT驱动过流保护电路的驱动模块控制所述IGBT处于导通状态，包括： [0025] 所述驱动模块的MCU控制器向所述驱动模块的驱动IC芯片发送PWM脉冲信号，所述驱动IC芯片接收到PWM脉冲信号后向所述IGBT输送高电平驱动信号； [0026] 所述IGBT接收到高电平驱动信号后，所述IGBT处于导通状态。 [0027] 实施本发明上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果： [0028] 本发明在IGBT处于过流状态时，驱动模块及时的将传输的驱动电流流向控制警示模块，通过控制警示模块流向地，强制拉低IGBT的门极电压，还驱动IGBT处于断开状态，保护IGBT，同时通过控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态进行及时提示。附图说明 [0029] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中： [0030] 图1是本发明IGBT驱动过流保护电路实施例的电路图； [0031] 图2是本发明IGBT驱动过流保护方法实施例的流程图。 [0032] 图中： [0033]驱动IC芯片引脚标记 名称 附图标记 名称 10 VDD引脚 A 第一交点 20 OUTH引脚 B 第二交点 3 OUTL引脚 GND 地 4 GND引脚 1 驱动模块 5 IN‑引脚 2 控制警示模块 6 IN+引脚 具体实施方式[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。 [0035] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0036] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。 [0037] 实施例一： [0038] 如图1所示，本发明提供了一种IGBT驱动过流保护电路，包括IGBT、驱动模块1和控制警示模块2。驱动模块1的第一端与IGBT的栅极和控制警示模块2的第一端相连，驱动模块1的第二端接地。控制警示模块2的第二端与IGBT的发射极相连，控制警示模块2的第三端接地。IGBT的集电极接入供电电压。 [0039] 驱动模块1用于驱动IGBT处于导通状态或断开状态。 [0040] 控制警示模块2用于在IGBT处于导通状态的条件下，获取的控制警示模块2的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS。如果VGS不小于NMOS晶体管的栅极与源极之间的阈值电压VGS(th)，则确定IGBT处于过流状态，并通过控制警示模块2的指示灯HL处于点亮状态，还驱动IGBT处于断开状态。具体的，驱动模块1的第一端向IGBT的栅极发送驱动信号，用于驱动IGBT处于导通状态或断开状态。IGBT处于导通状态时，IGBT的集电极接入的供电电压VCC通过IGBT，驱动模块1的第一端向IGBT的栅极传输驱动电流；IGBT处于断开状态时，IGBT的集电极接入的供电电压VCC不通过IGBT。控制警示模块2用于在IGBT处于导通状态的条件下，确定IGBT处于过流状态，驱动模块1的第一端向控制警示模块2的第一端传输驱动电流，强制拉低IGBT的栅极电压(即门极电压)，保护IGBT。驱动模块1和控制警示模块2均接地，用以保护IGBT驱动过流保护电路。 [0041] 本发明在IGBT处于过流状态时，驱动模块1及时的将传输的驱动电流流向控制警示模块2，通过控制警示模块2流向地，强制拉低IGBT的门极电压，还驱动IGBT处于断开状态，保护IGBT，同时通过控制警示模块2的指示灯HL处于点亮状态进行及时提示。 [0042] 作为可选的实施方式，驱动模块1包括MCU控制器和驱动IC芯片，MCU控制器与驱动IC芯片的第一输入端相连，驱动IC芯片的第二输入端接地，驱动IC芯片的第三输入端接入驱动IC芯片的工作电压，驱动IC芯片的第一输出端、驱动IC芯片的第二输出端和IGBT的栅极与控制警示模块2的第一端相连于第一交点A。其中，驱动模块1的第一端包括驱动IC芯片的第一输出端和驱动IC芯片的第二输出端，驱动模块1的第二端为驱动IC芯片的第二输入端。 [0043] 具体的，MCU控制器与驱动IC芯片的第一输入端相连，MCU控制器为驱动IC芯片提供PWM脉冲信号，控制驱动IC芯片启动。驱动IC芯片的第二输入端接地能够保护电路，抑制电磁干扰和信号反射的问题。驱动IC芯片的第三输入端接入驱动IC芯片的工作电压VDD，为驱动IC芯片提供工作电压VDD，保证驱动IC芯片正常工作。驱动IC芯片通过驱动IC芯片的第一输出端或驱动IC芯片的第二输出端向IGBT的栅极输送驱动信号，用以驱动IGBT处于导通状态或断开状态。IGBT处于导通状态的条件下，当IGBT处于过流状态时，驱动IC芯片通过驱动IC芯片的第一输出端或驱动IC芯片的第二输出端向控制警示模块2输送控制信号，控制警示模块2导通，强制拉低IGBT的门极电压。驱动IC芯片包括VDD引脚10、OUTH引脚20、OUTL引脚3、GND引脚4、IN‑引脚5和IN+引脚6。本发明仅列举一个驱动IC芯片，为适用于各种场景下的需求，也可以使用其他等效的驱动IC芯片进行代替，包括但不限于1ED020I12FA2、NE555、SG3525、TLC5940、DRV8305等。 [0044] 作为可选的实施方式，驱动模块1还包括电阻R1和电阻R2，驱动IC芯片的第一输出端通过电阻R1与第一交点A相连，驱动IC芯片的第二输出端通过电阻R2与第一交点A相连。具体的，电阻R1的第一端与驱动IC芯片的OUTL引脚3相连，电阻R1的第二端与第一交点A相连。电阻R2的第一端与驱动IC芯片的OUTH引脚20相连，电阻R2的第二端与第一交点A相连。 电阻R1和电阻R2能够限制驱动IC芯片的输出电流，防止电流过大导致驱动IC芯片或其他元器件损坏，提高电路可靠性和安全性。驱动IC芯片的OUTL引脚3能够控制输出低电平驱动信号，驱动IC芯片的OUTH引脚20高电平驱动信号。 [0045] 作为可选的实施方式，控制警示模块2包括NMOS晶体管、指示灯HL和电阻R5，NMOS晶体管的漏极与第一交点A相连，NMOS晶体管的源极与指示灯HL的第一端相连，NMOS晶体管的栅极、电阻R5的第一端与IGBT的发射极相连于第二交点B，指示灯HL的第二端和电阻R5的第二端均接地。其中，控制警示模块2的第一端为NMOS晶体管的漏极，控制警示模块2的第二端包括NMOS晶体管的栅极和电阻R5的第一端，控制警示模块2的第三端包括指示灯HL的第二端和电阻R5的第二端。 [0046] 具体的，电阻R5用于控制NMOS晶体管处于导通状态或断开状态，当NMOS晶体管处于断开状态时，控制警示模块2处于休眠状态。IGBT的发射极与电阻R5串联，流过IGBT的驱动电流IIGBT等于流过电阻R5的电流IR5。并且，电阻R5与NMOS晶体管的栅‑源极并联，则电阻R5的电压VR5等于NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS，若电阻R5的电压VR5超过了NMOS晶体管的阈值电压VGS(th)(即NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS大于等于NMOS晶体管的阈值电压VGS(th))，那么IGBT处于过流状态。电阻R5控制NMOS晶体管处于导通状态，驱动电流从驱动IC的OUT引脚(即OUTL引脚3和OUTH引脚20)流出，依次流经NMOS晶体管、指示灯HL，最后流向地，强制拉低IGBT的门极电压，保护IGBT，并且通过点亮指示灯HL实现IGBT的过流警示。NMOS晶体管的阈值电压VGS(th)根据实际选用的NMOS晶体管的参数来决定，一般NMOS晶体管的阈值电压为4V左右。电阻R5与NMOS晶体管并联，电阻R5的电压VR5与NMOS晶体管的阈值电压VGS(th)是一直相等的，控制电阻R5的电压大小就可以控制NMOS晶体管的阈值电压大小。当电阻R5的电压VR5确定(即等于NMOS晶体管的阈值电压)、电阻R5的电流IR5确定(即等于IGBT的阈值电流)，则可以通过公式R＝U/I计算得到电阻R5的阻值大小。 [0047] 指示灯HL的第一端为正极，指示灯HL的第二端为负极，电流流过指示灯HL后，能够点亮指示灯HL。此外，也可以将指示灯HL设置为其他具有相同信息提示功能的元器件。 [0048] 作为可选的实施方式，控制警示模块2还包括电阻R4，NMOS晶体管的栅极通过电阻R4与第二交点B相连。具体的，电阻R4的第一端与NMOS晶体管的栅极相连，电阻R4的第二端与第二交点B相连。电阻R4用于保护NMOS晶体管不会被驱动模块1传输给控制警示模块2的驱动电流击穿，进一步提高IGBT驱动过流保护电路可靠性。 [0049] 作为可选的实施方式，还包括电阻R3，IGBT的栅极通过电阻R3与第一交点A相连。具体的，电阻R3的第一端与第一交点A相连，电阻R3的第二端与IGBT的栅极相连。电阻R3用于保护IGBT，防止驱动IC芯片流向IGBT的驱动电流过大，导致IGBT击穿损坏。电阻R3的阻值一般不超过20Ω，但也可根据实际电路需求进行适应性设置。 [0050] 作为可选的实施方式，还包括电容C1，电容C1的第一端与IGBT的集电极相连，电容C1的第二端与指示灯HL的第二端和电阻R5的第二端相连。具体的，电容C1的第一端和IGBT的集电极共接于供电电压VCC，电容C1的第二端、指示灯HL的第二端和电阻R5的第二端共接于地，将电容C1与IGBT并联进行缓冲，保护IGBT。电容C1可以抑制IGBT从导通状态调整到断开状态时，由于寄生电感的突变产生的电压尖峰，避免IGBT从导通状态调整到断开状态时的电压超过IGBT耐压，损坏IGBT。 [0051] 实施例二： [0052] 如图2所示，一种IGBT驱动过流保护方法，应用于实施例一中的IGBT驱动过流保护电路，包括： [0053] S10、通过IGBT驱动过流保护电路的驱动模块控制IGBT处于导通状态。 [0054] S20、通过IGBT驱动过流保护电路的控制警示模块，获取的控制警示模块的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS。 [0055] S30、如果VGS不小于NMOS晶体管的栅极与源极之间的阈值电压VGS(th)，则确定IGBT处于过流状态，并控制控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态，还驱动IGBT处于断开状态。具体的，当IGBT驱动过流保护电路的驱动模块控制IGBT处于导通状态时，IGBT驱动过流保护电路的控制警示模块处于休眠状态(即控制警示模块的NMOS晶体管处于断开状态)。控制警示模块的电阻R5与IGBT串联，IGBT接入的供电电压流过IGBT后流向电阻R5，从而确定电阻R5的电压VR5，由于电阻R5与控制警示模块的NMOS晶体管并联，则获取到的电阻R5的电压VR5为NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS。控制警示模块的电阻R5确定VGS≥VGS(th)时，确定IGBT处于过流状态，驱动控制警示模块从休眠状态切换为工作状态(即驱动控制警示模块的NMOS晶体管处于导通状态)，使驱动模块向IGBT传输的部分驱动电流流向控制警示模块，控制控制警示模块的指示灯HL处于点亮状态，强制拉低IGBT的门极电压，及时保护IGBT和警示电路过流。同时驱动模块驱动IGBT处于断开状态，进一步保护IGBT。 [0056] 作为可选的实施方式，通过IGBT驱动过流保护电路的控制警示模块，获取的控制警示模块的NMOS晶体管的栅极与源极之间的电压VGS之后，还包括：如果VGS [0057] 作为可选的实施方式，通过IGBT驱动过流保护电路的驱动模块控制IGBT处于导通状态，包括：驱动模块的MCU控制器向驱动模块的驱动IC芯片发送PWM脉冲信号，驱动IC芯片接收到PWM脉冲信号后向IGBT输送高电平驱动信号。IGBT接收到高电平驱动信号后，IGBT处于导通状态。具体的，驱动模块的MCU控制器向驱动模块的驱动IC芯片发送PWM脉冲信号，驱动IC芯片接收到PWM脉冲信号后向IGBT输送驱动信号。驱动IC芯片传输的高电平驱动信号能够通过电阻R2、电阻R3后输入IGBT，能够驱动IGBT处于导通状态，IGBT正常工作，驱动模块传输的驱动电流流向IGBT。驱动IC芯片传输的低电平驱动信号能够通过电阻R1、电阻R3后输入IGBT，能够驱动IGBT处于断开状态，IGBT的集电极接入供电电压VCC不通过IGBT。 [0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。 |
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