CN118040620B - 一种应用于mos或igbt管短路失效的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，保护电路包括钳位保护电路、第一开关管T1和第二开关管T2，钳位保护电路与负载R2回路连接；第一开关管T1的D极与负载R2回路连接，第一开关管T1的G极与钳位保护电路连接；第二开关管T2的D极与第一开关管T1的S极和钳位保护电路连接，第二开关管T2的G极与PWM驱动电路的正极连接，第二开关管T2的S极与PWM驱动电路的负极连接，PWM驱动电路的负极与负载R2回路连接，第二开关管T2用于PWM驱动电路驱动控制。在第二开关管T2短路失效时，通过钳位保护电路拉低第一开关管T1的GS回路开通电位，从而将第一开关管T1的DS回路以及负载R2回路断开，实现对负载R2回路的单一故障有效保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，属于电力电子技术领域。
背景技术
在大功率电芯加热膜电路中，RCD钳位电路中的开关管（MOS或IGBT）工作在高压大电流的工作情况下，很容易发生损坏，目前大多采用RCD钳位硬关断方案对其进行保护：即每个周期关断时通过二极管给电容充电吸收电压尖峰，导通时电阻耗能消耗掉电容储能。但RCD钳位硬关断方案能耗大，发热严重，需要功率电阻；其中硬关断时，关断电压过高，即使保护起作用了，也可能会损坏器件，如造成RCD钳位电路中的单一MOS管或IGBT管失效，则会导致开关管短路失效后无法有效断开负载回路，造成加热膜大功率加热电芯，使得电芯损坏甚至热失控，造成巨大经济损失，而电路中串入继电器的方案因继电器难以脱开直流大电流、难以选型的问题，致使电路无法实现有效的单一故障保护。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，以解决现有技术中所提到的技术问题。
一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，所述保护电路包括：
钳位保护电路，所述钳位保护电路与负载R2回路连接；
第一开关管T1，所述第一开关管T1的D极与所述负载R2回路连接，所述第一开关管T1的G极与所述钳位保护电路连接；
第二开关管T2，所述第二开关管T2的D极与所述第一开关管T1的S极和所述钳位保护电路连接，所述第二开关管T2的G极与PWM驱动电路的正极连接，所述第二开关管T2的S极与所述PWM驱动电路的负极连接，所述PWM驱动电路的负极与所述负载R2回路连接，所述第二开关管T2用于所述PWM驱动电路驱动控制，其中：
在所述第二开关管T2短路失效时，通过所述钳位保护电路拉低所述第一开关管T1的GS回路开通电位，从而将所述第一开关管T1的DS回路断开，实现对负载R2回路的保护。
可选地，所述钳位保护电路包括：
第三开关管T3，所述第三开关管T3的D极串接有电阻R5，所述第三开关管T3的G极串接有电阻R4，所述第三开关管T3的S极与所述第一开关管T1的S极和所述第二开关管T2的D极连接，所述第三开关管T3的G极和所述电阻R4的连接端与所述第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z2，且所述稳压二极管Z2的阳极与所述第三开关管T3的S极连接，所述稳压二极管Z2的阴极与所述第三开关管T3的G极和所述电阻R4的连接端连接，所述稳压二极管Z2并接一个电容C2；
二极管D1，所述二极管D1的阴极与所述第一开关管T1的G极连接，所述二极管D1的阳极与所述负载R2回路连接，所述电阻R4并接在所述二极管D1的阳极，所述电阻R5并接在所述二极管D1的阴极；
所述二极管D1的阴极与所述第一开关管T1的G极之间串接有电阻R3，所述电阻R3和所述第一开关管T1的G极的连接端与所述第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z3，且所述稳压二极管Z3的阳极与所述第三开关管T3的S极连接，所述稳压二极管Z3的阴极与所述电阻R3和所述第一开关管T1的G极的连接端连接，所述稳压二极管Z3并接一个电容C3。
可选地，所述PWM驱动电路包括：
PWM驱动器，所述PWM驱动器的负极接地连接，所述PWM驱动器的正极与所述第二开关管T2的G极连接，所述PWM驱动器的负极与所述第二开关管T2的S极和所述负载R2回路连接；
电阻R6，所述电阻R6串接在所述PWM驱动器的正极与所述第二开关管T2的G极的连接端上；
所述电阻R6和所述第二开关管T2的G极的连接端与所述第二开关管T2的S极之间并接有电阻R7。
可选地，所述负载R2回路包括：
VDCin电源模块，所述VDCin电源模块的正极与所述第一开关管T1的D极连接，所述VDCin电源模块的负极与所述PWM驱动器的负极连接；
所述VDCin电源模块的正极和所述第一开关管T1的D极的连接端串接有电阻R2；
所述VDCin电源模块的正极和所述电阻R2的连接端与所述VDCin电源模块的负极和所述PWM驱动器的负极的连接端之间并接有电阻R1和稳压二极管Z1，所述电阻R1的一端和所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述R1的另一端与所述VDCin电源模块的正极连接，所述稳压二极管Z1的阳极与所述VDCin电源模块的负极连接，所述稳压二极管Z1并接一个电容C1；
所述电阻R1和所述稳压二极管Z1的连接端与所述二极管D1的阳极并联。
可选地，所述电阻R4的阻值大于所述电阻R3的阻值。
可选地，所述电容C2的电容量大于所述电容C3的电容量。
可选地，所述第一开关管T1和所述第二开关管T2为MOS管或IGBT管，所述第三开关管T3为MOS管。
可选地，所述稳压二极管Z1、所述稳压二极管Z2和稳压二极管Z3均为硅二极管。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明所提供的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，通过将钳位保护电路、第一开关管T1和第二开关管T2进行集成化设计，使得受PWM驱动器控制的开关管因故障短路，无法受PWM驱动器控制时，通过钳位保护电路拉低第一开关管T1的GS回路开通电位，从而将第一开关管T1的DS回路断开，使得负载R2回路得到有效断开，实现对负载R2回路的单一故障有效保护。
附图说明
图1为本发明一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
如图1所示，本发明提供一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，保护电路包括钳位保护电路、第一开关管T1和第二开关管T2，其中，钳位保护电路与负载R2回路连接；第一开关管T1的D极与负载R2回路连接，第一开关管T1的G极与钳位保护电路连接；第二开关管T2的D极与第一开关管T1的S极和钳位保护电路连接，第二开关管T2的G极与PWM驱动电路的正极连接，第二开关管T2的S极与PWM驱动电路的负极连接，PWM驱动电路的负极与负载R2回路连接，第二开关管T2用于PWM驱动电路驱动控制，其中：在第二开关管T2短路失效时，通过钳位保护电路拉低第一开关管T1的GS回路开通电位，从而将第一开关管T1的DS回路断开，实现对负载R2回路的单一故障有效保护。
进一步地，钳位保护电路包括：
第三开关管T3，第三开关管T3的D极串接有电阻R5，第三开关管T3的G极串接有电阻R4，第三开关管T3的S极与第一开关管T1的S极和第二开关管T2的D极连接，第三开关管T3的G极和电阻R4的连接端与第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z2，且稳压二极管Z2的阳极与第三开关管T3的S极连接，稳压二极管Z2的阴极与第三开关管T3的G极和电阻R4的连接端连接，稳压二极管Z2并接一个电容C2；
二极管D1，二极管D1的阴极与第一开关管T1的G极连接，二极管D1的阳极与负载R2回路连接，电阻R4并接在二极管D1的阳极，电阻R5并接在二极管D1的阴极；二极管D1的阴极与第一开关管T1的G极之间串接有电阻R3，电阻R3和第一开关管T1的G极的连接端与第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z3，且稳压二极管Z3的阳极与第三开关管T3的S极连接，稳压二极管Z3的阴极与电阻R3和第一开关管T1的G极的连接端连接，稳压二极管Z3并接一个电容C3。
进一步地，PWM驱动电路包括：
PWM驱动器，PWM驱动器的负极接地连接，PWM驱动器的正极与第二开关管T2的G极连接，PWM驱动器的负极与第二开关管T2的S极和负载R2回路连接；
电阻R6，电阻R6串接在PWM驱动器的正极与第二开关管T2的G极的连接端上；电阻R6和第二开关管T2的G极的连接端与第二开关管T2的S极之间并接有电阻R7。
进一步地，负载R2回路包括：
VDCin电源模块，VDCin电源模块的正极与第一开关管T1的D极连接，VDCin电源模块的负极与PWM驱动器的负极连接；
VDCin电源模块的正极和第一开关管T1的D极的连接端串接有电阻R2；
VDCin电源模块的正极和电阻R2的连接端与VDCin电源模块的负极和PWM驱动器的负极的连接端之间并接有电阻R1和稳压二极管Z1，电阻R1的一端和稳压二极管Z1的阴极连接，R1的另一端与VDCin电源模块的正极连接，稳压二极管Z1的阳极与VDCin电源模块的负极连接，稳压二极管Z1并接一个电容C1；
电阻R1和稳压二极管Z1的连接端与二极管D1的阳极并联。
进一步地，电阻R4的阻值大于电阻R3的阻值。
进一步地，电容C2的电容量大于电容C3的电容量。
进一步地，第一开关管T1和第二开关管T2为MOS管或IGBT管，第三开关管T3为MOS管。
进一步地，稳压二极管Z1、稳压二极管Z2和稳压二极管Z3均为硅二极管。
具体地，在VDCin电源模块接入直流电压，使得VDCin电源模块上电后，电容C1的电压值为并联稳压二极管Z1的稳压值；若PWM驱动器未发波，则第二开关管T2截止，第一开关管T1截止，负载R2回路不工作；当PWM驱动器发波后，在第二开关管T2导通时间Ton内，电容C3的电压值被充到第一开关管T1的GS回路开通电压(或稳压二极管Z3的钳位电压），同时电容C2也开始充电，且在本实施例中为了防止电容C2充到第三开关管T3导通而拉低第一开关管T1的GS回路的开通电位，将电阻R4的阻值设置为大于电阻R3的阻值，电容C2的电容量小于电容C3的电容量，使得电容C2的电压上升时不足以开启第三开关管T3，此时将第一开关管T1导通，使得电阻R2承受VDCin电源模块释放的电压。
在第二开关管T2断开时间Toff内，第一开关管T1的GS回路因并联有电容C3无有效快速放电回路，从而将第一开关管T1导通，使得VDCin电源模块的电压输入给第三开关管T3的S极，此时由于第三开关管T3的S极电位高于稳压二极管Z1的阴极电位，使得第三开关管T3的GS回路被并联的稳压二极管Z2钳位至-0.7V，此时第三开关管T3截止，PWM驱动器持续发PWM波工作，第一开关管T1导通，负载R2回路正常工作。
当第二开关管T2的DS回路因故障短路，无法受PWM驱动器控制时，电容C2便会持续充电至第三开关管T3导通，从而拉低第一开关管T1的GS回路开通电位，将第一开关管T1的DS回路断开，使得负载R2回路得到有效断开，实现对负载R2回路的保护。
以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：
钳位保护电路，所述钳位保护电路与负载R2回路连接；
第一开关管T1，所述第一开关管T1的D极与所述负载R2回路连接，所述第一开关管T1的G极与所述钳位保护电路连接；
第二开关管T2，所述第二开关管T2的D极与所述第一开关管T1的S极和所述钳位保护电路连接，所述第二开关管T2的G极与PWM驱动电路的正极连接，所述第二开关管T2的S极与所述PWM驱动电路的负极连接，所述PWM驱动电路的负极与所述负载R2回路连接，所述第二开关管T2用于所述PWM驱动电路驱动控制，其中：
在所述第二开关管T2短路失效时，通过所述钳位保护电路拉低所述第一开关管T1的GS回路开通电位，从而将所述第一开关管T1的DS回路断开，实现对负载R2回路的保护；
所述钳位保护电路包括：
第三开关管T3，所述第三开关管T3的D极串接有电阻R5，所述第三开关管T3的G极串接有电阻R4，所述第三开关管T3的S极与所述第一开关管T1的S极和所述第二开关管T2的D极连接，所述第三开关管T3的G极和所述电阻R4的连接端与所述第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z2，且所述稳压二极管Z2的阳极与所述第三开关管T3的S极连接，所述稳压二极管Z2的阴极与所述第三开关管T3的G极和所述电阻R4的连接端连接，所述稳压二极管Z2并接一个电容C2；
二极管D1，所述二极管D1的阴极与所述第一开关管T1的G极连接，所述二极管D1的阳极与所述负载R2回路连接，所述电阻R4并接在所述二极管D1的阳极，所述电阻R5并接在所述二极管D1的阴极；
所述二极管D1的阴极与所述第一开关管T1的G极之间串接有电阻R3，所述电阻R3和所述第一开关管T1的G极的连接端与所述第三开关管T3的S极之间并接有稳压二极管Z3，且所述稳压二极管Z3的阳极与所述第三开关管T3的S极连接，所述稳压二极管Z3的阴极与所述电阻R3和所述第一开关管T1的G极的连接端连接，所述稳压二极管Z3并接一个电容C3。
2.根据权利要求1所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述PWM驱动电路包括：
PWM驱动器，所述PWM驱动器的负极接地连接，所述PWM驱动器的正极与所述第二开关管T2的G极连接，所述PWM驱动器的负极与所述第二开关管T2的S极和所述负载R2回路连接；
电阻R6，所述电阻R6串接在所述PWM驱动器的正极与所述第二开关管T2的G极的连接端上；
所述电阻R6和所述第二开关管T2的G极的连接端与所述第二开关管T2的S极之间并接有电阻R7。
3.根据权利要求2所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述负载R2回路包括：
VDCin电源模块，所述VDCin电源模块的正极与所述第一开关管T1的D极连接，所述VDCin电源模块的负极与所述PWM驱动器的负极连接；
所述VDCin电源模块的正极和所述第一开关管T1的D极的连接端串接有电阻R2；
所述VDCin电源模块的正极和所述电阻R2的连接端与所述VDCin电源模块的负极和所述PWM驱动器的负极的连接端之间并接有电阻R1和稳压二极管Z1，所述电阻R1的一端和所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述R1的另一端与所述VDCin电源模块的正极连接，所述稳压二极管Z1的阳极与所述VDCin电源模块的负极连接，所述稳压二极管Z1并接一个电容C1；
所述电阻R1和所述稳压二极管Z1的连接端与所述二极管D1的阳极并联。
4.根据权利要求1所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述电阻R4的阻值大于所述电阻R3的阻值。
5.根据权利要求1所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述电容C2的电容量大于所述电容C3的电容量。
6.根据权利要求1所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述第一开关管T1和所述第二开关管T2为MOS管或IGBT管，所述第三开关管T3为MOS管。
7.根据权利要求3所述的一种应用于MOS或IGBT管短路失效的保护电路，其特征在于，所述稳压二极管Z1、所述稳压二极管Z2和稳压二极管Z3均为硅二极管。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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