专利名称：一种中、高压大功率igbt的低成本短路检测电路的制作方法
技术领域：
一种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路技术领域[0001]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检测电路。
背景技术：
[0002]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。[0003]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。[0004]随着3300V以上大容量的IGBT的普及，IGBT在中高压的变频器上应用越来越多。 传统上采用的IGBT短路检测方法一般采用的是检测IGBT的饱和导通压降Vcesat的方法。 但是由于高压IGBT本身的特性，Vcesat受IGBT栅极电压Vge、IGBT导通电流1C、温度以及IGBT导通、关断时间的影响，变化较大。传统的短路检测方法存在着诸如检测阀值不易更改、易误报、成本过高等缺点，给产品竞争力带来了不利的影响。发明内容[0005]发明目的提供一种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，使之具有器件少、成本低、可靠性高、短路检测动作阀值方便可调、延迟时间方便可调等优点。[0006]技术方案一种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，包括IGBT-driver 极、IGBT-C极、IGBT-G极、IGBT-fault极、稳压二极管D22、电阻R33、电容C22、NPN三极管 Q18、PNP三极管Q17、直流稳压60Vdc、三极管Q11、二极管D1、二极管D2、二极管D20、二极管D19、二极管D25、电阻R45、电阻R20、电容C30，其特征在于，PNP三极管Q17控制60Vdc 通过电阻R33给电容C22充电，实现对Vcesat的检测；通过二极管D22设定短路保护阀值 Vs，为适应高压IGBT，此阀值设为40V 55V ;通过更改稳压管D22的稳压值即可使之适应不同电压、功率等级的IGBT ;通过电阻R33对电容C22充电至短路保护阀值来设定延迟时间，调整电阻R33、电容C22即可调整短路持续时间；[0007]当IGBT-driver为高电平时(一般为+15V)，NPN三极管Q18导通，为PNP三极管 Q17提供导通条件，直流稳压60Vdc通过电阻R33对电容C22充电；如果此时IGBT没有发生短路，集电极与发射极的导通压降Vce很快会降低至饱和导通压降Vcesat，而电容C22上的电压通过二极管D20、D19被钳位在Vcesat电压，远达不到短路保护阀值，此时，检测出 IGBT未发生短路；[0008]如果IGBT发生短路，此时极大的电流将流过IGBT-C极，IGBT的Vce电压迅速升高；当Vce电压升至短路保护阀值Vs时，电容C22两端电压也由Vcesat电压通过电阻R33 充电至Vs电压，此时稳压管D22被击穿，三极管Qll导通；通过二极管Dl拉低IGBT的栅极电压Vge，使IGBT关断；通过二极管D2输出低电平，向控制器报出IGBT短路信号；电容C22由Vcesat电压通过电阻R33充电至Vs电压的充电时间决定了 IGBT短路的持续时间； 此时，检测出IGBT发生短路；[0009]当IGBT-driver为低时(一般为-10V)，电容C22通过二极管D25、电阻R20放电， 为下一次充电做准备；电容C30用于为防止电压尖峰干扰；为了限制电容C22电压受Vce电压变化过大的影响，电阻R45用于限制电容C22通过二极管D20、D19的电流。[0010]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、适应能力强的优点；而且更改稳压管D22的稳压值即可使之适应不同电压、功率等级的IGBT ;调整电阻R33、电容C22即可调整短路持续时间，从而可以灵活的应用在不同电压、功率等级的IGBT上。


[0011]图I是本实用新型电路示意图；[0012]图2是本实用新型检测波形示意图。
具体实施方式
[0013]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。[0014]如图I所示,一种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路,包括IGBT-driver 极、IGBT-C极、IGBT-G极、IGBT-fault极、稳压二极管D22、电阻R33、电容C22、NPN三极管 Q18、PNP三极管Q17、直流稳压60Vdc、三极管Q11、二极管D1、二极管D2、二极管D20、二极管D19、二极管D25、电阻R45、电阻R20、电容C30，其特征在于，Q17控制60Vdc通过电阻R33 给电容C22充电，实现对Vcesat的检测；通过二极管D22设定短路保护阀值Vs，为适应高压IGBT，此阀值设为40V 55V，通过电阻R33对电容C22充电至短路保护阀值来设定延迟时间；IGBT可承受短路时间一般为10 μ S。[0015]当IGBT-driver为高电平时(一般为+15V)，NPN三极管Q18导通，为PNP三极管 Q17提供导通条件，直流稳压60Vdc通过电阻R33对电容C22充电；如果此时IGBT没有发生短路，集电极与发射极的导通压降Vce很快会降低至饱和导通压降Vcesat，而电容C22上的电压通过二极管D20、D19被钳位在Vcesat电压，远达不到短路保护阀值，此时，检测出 IGBT未发生短路。[0016]如果IGBT发生短路，此时极大的电流将流过IGBT-C极，IGBT的Vce电压迅速升高；当Vce电压升至短路保护阀值Vs时，电容C22两端电压也由Vcesat电压通过电阻R33 充电至Vs电压，此时稳压管D22被击穿，三极管Qll导通；通过二极管Dl拉低IGBT的栅极电压Vge，使IGBT关断；通过二极管D2输出低电平，向控制器报出IGBT短路信号；电容 C22由Vcesat电压通过电阻R33充电至Vs电压的充电时间决定了 IGBT短路的持续时间； 此时，检测出IGBT发生短路。[0017]当IGBT-driver为低时(一般为-10V)，电容C22通过二极管D25、电阻R20放电， 为下一次充电做准备；电容C30用于为防止电压尖峰干扰；为了限制电容C22电压受Vce电压变化过大的影响，电阻R45用于限制电容C22通过二极管D20、D19的电流。[0018]在一具体实施例中，如图2所示实际的检测波形示意图中，CHl代表IGBT驱动波形；CH2代表电容C22两端电压；当IGBT的Vge即CHl由低电平变为高电平时，IGBT开始导通。此时电容C22开始充电，电容C22电压充至稳压管稳压值时，稳压管被击穿，C22电压被稳压管钳位，所以，CH2的电平由低变高，然后恒定。当CH2的电平恒定时表示IGBT短路保护起作用，CHl的Vge变为低电平，表示IGBT关闭。这样，IGBT发生短路时，就会被保护。另外，为了方便对比测试，IGBT的Vge是对-IOV参考的。所以，Vge的高电平为25V， 短路保护阀值设定为55V ;当短路发生时，C22两端电压在14μ S内充电至55V，短路保护电路起作用，将IGBT栅极电压降低，进而关闭IGBT ;实际的短路持续时间可以通过调整R33、 C22使之达到满意的程度。[0019]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、适应能力强的优点；而且更改稳压管D22的稳压值即可使之适应不同电压、功率等级的IGBT ;调整电阻R33、电容C22即可调整短路持续时间，从而可以灵活的应用在不同电压、功率等级的 IGBT 上。
权利要求1.ー种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，包括IGBT-driver极、IGBT-C极、IGBT-G极、IGBT-fault极、稳压ニ极管D22、电阻R33、电容C22、NPN三极管Q18、PNP三极管Q17、直流稳压60Vdc、三极管Q11、ニ极管D1、ニ极管D2、ニ极管D20、ニ极管D19、ニ极管D25、电阻R45、电阻R20、电容C30，其特征在于，PNP三极管Q17控制60Vdc通过电阻R33给电容C22充电，实现对Vcesat的检测；通过ニ极管D22设定短路保护阀值Vs，为适应高压IGBT，此阀值设为40V 55V ;通过更改稳压管D22的稳压值即可使之适应不同电压、功率等级的IGBT ;通过电阻R33对电容C22充电至短路保护阀值来设定延迟时间，调整电阻R33、电容C22即可调整短路持续时间。
2.如权利要求I所述的中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，其特征在干，当IGBT-driver为高电平吋，NPN三极管Q18导通，为PNP三极管Q17提供导通条件，直流稳压60Vdc通过电阻R33对电容C22充电；如果此时IGBT没有发生短路，集电极与发射极的导通压降Vce很快会降低至饱和导通压降Vcesat，而电容C22上的电压通过ニ极管D20、D19被钳位在Vcesat电压，远达不到短路保护阀值，此时，检测出IGBT未发生短路。
3.如权利要求I所述的中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，其特征在于，如果IGBT发生短路，此时极大的电流将流过IGBT-C极，IGBT的Vce电压迅速升高；当Vce电压升至短路保护阀值Vs时，电容C22两端电压也由Vcesat电压通过电阻R33充电至Vs电压，此时稳压管D22被击穿，三极管Qll导通；通过ニ极管Dl拉低IGBT的栅极电压Vge，使IGBT关断；通过ニ极管D2输出低电平，向控制器报出IGBT短路信号；电容C22由Vcesat电压通过电阻R33充电至Vs电压的充电时间决定了 IGBT短路的持续时间；此时，检测出IGBT发生短路。
4.如权利要求I所述的中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，其特征在于，当IGBT-driver为低时，电容C22通过ニ极管D25、电阻R20放电，为下一次充电做准备；电容C30用于为防止电压尖峰干扰；为了限制电容C22电压受Vce电压变化过大的影响，电阻R45用于限制电容C22通过ニ极管D20、D19的电流。
5.如权利要求I所述的中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，其特征在于，所述短路保护阀值Vs，为适应高压IGBT，此阀值设为40V 55V ;IGBT可承受短路时间一般为10μ S。
专利摘要本实用新型公开了一种中、高压大功率IGBT的低成本短路检测电路，其特征在于，PNP三极管Q17控制60Vdc通过电阻R33给电容C22充电，实现对Vcesat的检测；通过二极管D22设定短路保护阀值Vs，通过更改稳压管D22的稳压值即可使之适应不同电压、功率等级的IGBT；通过电阻R33对电容C22充电至短路保护阀值来设定延迟时间，调整电阻R33、电容C22即可调整短路持续时间；本实用新型具有器件少、成本低、可靠性高、短路检测动作阀值方便可调、延迟时间方便可调等优点。
文档编号G01R31/02GK202815136SQ20122044410
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者王少伯, 李瑞英 申请人:北京合康亿盛变频科技股份有限公司