CN203660518U - 绝缘栅双极晶体管过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及保护电路技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管过流保护电路，包括电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路。电流互感电路与绝缘栅双极晶体管连接；放大电路与电流互感电路连接；半波整流电路与放大电路连接；迟滞比较电路与半波整流电路连接；钳位电路分别与迟滞比较电路及绝缘栅双极晶体管元件连接。本实用新型提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，采用电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路五个小型电路组成，结构简单，能够在没有控制器参与保护的情况下实现对绝缘栅双极晶体管的过流保护，成本较低，便于在工业上广泛应用。

Description

绝缘栅双极晶体管过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路技术领域，特别涉及一种绝缘栅双极晶体管过流保护电路。 

背景技术

目前绝缘栅双极晶体管过流保护的实现方案主要是用电阻或电流互感器与绝缘栅双极晶体管串联，检测流过绝缘栅双极晶体管集成极或发射极的电流。当检测并判别出绝缘栅双极晶体管过流时，执行相应的保护措施，比如关闭绝缘栅双极晶体管输出，减少控制绝缘栅双极晶体管导通的脉冲宽度等方法，判别和执行过程要借助控制器采样、运算并发出控制指令，或者完全用复杂的模拟电路实现，电路结构复杂。此外，绝缘栅双极晶体管的过流保护还可以借助具有综合保护功能的专用绝缘栅双极晶体管驱动保护芯片实现，如富士的EXB841、三菱的M57962L等，这种借助专用驱动保护芯片主要用于大功率应用场合中，成本较高。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，能够稳定对绝缘栅双极晶体管进行保护的绝缘栅双极晶体管过流保护电路。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种绝缘栅双极晶体管过流保护电路，包括：第一绝缘栅双极晶体管Q1、第二绝缘栅双极晶体管Q2、电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路。所述电流互感电路与所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于从所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2感应压降并获得所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶 体管Q2的输出电流。所述放大电路与所述电流互感电路连接，所述输出电流输送至所述放大电路，将所述输出电流按线性关系进行缩放处理。所述半波整流电路与所述放大电路连接，用于对所述放大电路的电压信号进行半波整流。所述迟滞比较电路与所述半波整流电路连接，用于对所述半波整流电路输出的单向电压进行双门限迟滞比较。所述钳位电路分别与所述迟滞比较电路及所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于并控制所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的开启或关闭。 

进一步地，所述电流互感电路包括：第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第一电阻R1、第二电阻R2。。所述第一电流互感器CT1放置在所述第一绝缘栅双极晶体管Q1的发射极处，所述第一电流互感器CT1的两端分别与所述放大电路连接；所述第一电阻R1并联在所述第一电流互感器CT1的两端。所述第二电流互感器CT2放置在所述第二绝缘栅双极晶体管Q2的发射极处，所述第二电流互感器CT2的两端分别与所述放大电路连接；所述第二电阻R2并联在所述第二电流互感器CT2的两端。 

进一步地，所述放大电路包括：第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。所述第三电阻R3与所述第一电容C1并联连接，所述第三电阻R3及所述第一电容C1的两端均分别与所述第一运算放大器A1的反向输入端和输出端连接；所述第二电流互感器CT2的一端通过所述第四电阻R4与所述第一运算放大器A1的反向输入端连接，所述第二电流互感器CT2的另一端通过所述第五电阻R5与所述第一运算放大器A1的正向输入端连接；所述第一运算放大器A1的正向输入端通过所述第六电阻R6接地；所述第二电容C2的一端与所述第一运算放大器A1的正向输入端连接，另一端接地；所述第一运算放大器A1的输出端与 所述半波整流电路连接。所述第七电阻R7与所述第三电容C3并联连接，所述第七电阻R7及所述第三电容C3的两端均分别与所述第二运算放大器A2的反向输入端和输出端连接；所述第一电流互感器CT1的一端通过所述第八电阻R8与所述第二运算放大器A2的反向输入端连接，所述第一电流互感器CT1的另一端通过所述第九电阻R9与所述第二运算放大器A2的正向输入端连接；所述第二运算放大器A2的正向输入端通过所述第十电阻R10接地；所述第四电容C4的一端与所述第二运算放大器A2的正向输入端连接，另一端接地；所述第二运算放大器A2的输出端与所述半波整流电路连接。 

进一步地，所述半波整流电路包括：第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第一二极管D1及第二二极管D2。所述第一运算放大器A1的输出端通过所述第十二电阻R12与所述第三运算放大器A3的反向输入端连接；所述第三运算放大器A3的正向输入端接地；所述第三运算放大器A3的输出端通过所述第一二极管D1与所述迟滞比较电路连接；所述第十一电阻R11的一端与所述第三运算放大器A3的反向输入端连接，另一端与所述第一二极管D1的输出端连接。所述第二运算放大器A2的输出端通过所述第十四电阻R14与所述第四运算放大器A4的反向输入端连接；所述第四运算放大器A4的正向输入端接地；所述第四运算放大器A4的输出端通过所述第二二极管D2与所述迟滞比较电路连接；所述第十三电阻R13的一端与所述第四运算放大器A4的反向输入端连接，另一端与所述第二二极管D2的输出端连接。 

进一步地，所述迟滞比较电路包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第五运算放大器A5及第五电容C5。所述第十五电阻R15的一端与电源连接，另一端与所述第五运算放大器A5的输出端连接；所述第十六电阻R16的一端与电源连 接，另一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接。所述第十七电阻R17的一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接，另一端与所述第五运算放大器A5的输出端连接；所述第十八电阻R18的一端接地，另一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接。所述第一二极管D1及第二二极管D2的输出端分别通过所述第十九电阻R19与所述第五运算放大器A5的反向输入端连接；所述第五电容C5的一端与所述第五运算放大器A5的反向输入端连接，另一端接地；所述第五运算放大器A5的输出端与所述钳位电路连接。 

进一步地，所述钳位电路包括：PWM1端口、PWM2端口、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第三二极管D3及第四二极管D4。所述PWM1端口通过所述第二十一电阻R21与所述第三二极管D3的输入端连接；所述第三二极管D3的输入端通过所述第二十电阻R20接地；所述第三二极管D3的输入端与所述第一绝缘栅双极晶体管Q1连接；所述PWM2端口通过所述第二十二电阻R22与所述第四二极管D4的输入端连接。所述第四二极管D4的输入端通过所述第二十三电阻R23接地；所述第四二极管D4的输入端与所述第二绝缘栅双极晶体管Q2连接；所述第三二极管D3的输出端与所述第四二极管D4的输出端连接；所述第三二极管D3的输出端及所述第四二极管D4的输出端均与所述第五运算放大器A5的输出端连接。 

本实用新型提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，采用电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路五个小型电路组成，结构简单，能够在没有控制器参与保护的情况下实现对绝缘栅双极晶体管的过流保护，成本较低，便于在工业上广泛应用。 

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路结构 图。 

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例提供的一种绝缘栅双极晶体管过流保护电路，包括：第一绝缘栅双极晶体管Q1、第二绝缘栅双极晶体管Q2、电流互感电路、放大电路20、半波整流电路30、迟滞比较电路40及钳位电路10。第一绝缘栅双极晶体管Q1、第二绝缘栅双极晶体管Q2上连接有电力主电路中的正直流母线BUS+、电力主电路中的负直流母线BUS-及输出电压LOUT接线端子。电流互感电路与第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于从第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2感应压降并获得第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的输出电流；放大电路20与电流互感电路连接，输出电流输送至放大电路20，将输出电流按线性关系进行缩放处理；半波整流电路30与放大电路20连接，用于对放大电路20的电压信号进行半波整流；迟滞比较电路40与半波整流电路30连接，用于对半波整流电路30输出的单向电压进行双门限迟滞比较；钳位电路10分别与迟滞比较电路40及第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于并控制第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的开启或关闭。下面进一步地对本实用新型实施例提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路的结构进行介绍： 

电流互感电路包括：第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第一电阻R1、第二电阻R2。放大电路20包括：第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。半波整流电路30包括：第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三 运算放大器A3、第四运算放大器A4、第一二极管D1及第二二极管D2。迟滞比较电路40包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第五运算放大器A5及第五电容C5。钳位电路10包括：PWM1端口、PWM2端口、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第三二极管D3及第四二极管D4。第一电流互感器CT1放置在第一绝缘栅双极晶体管Q1的发射极处，所述第一电阻R1并联在第一电流互感器CT1的两端。第二电流互感器CT2放置在第二绝缘栅双极晶体管Q2的发射极处，第二电阻R2并联在第二电流互感器CT2的两端。第三电阻R3与第一电容C1并联连接，第三电阻R3及第一电容C1的两端均分别与第一运算放大器A1的反向输入端和输出端连接；第二电流互感器CT2的一端通过第四电阻R4与第一运算放大器A1的反向输入端连接，第二电流互感器CT2的另一端通过第五电阻R5与第一运算放大器A1的正向输入端连接。第一运算放大器A1的正向输入端通过第六电阻R6接地；第二电容C2的一端与第一运算放大器A1的正向输入端连接，另一端接地。第七电阻R7与第三电容C3并联连接，第七电阻R7及第三电容C3的两端均分别与第二运算放大器A2的反向输入端和输出端连接；第一电流互感器CT1的一端通过第八电阻R8与第二运算放大器A2的反向输入端连接，第一电流互感器CT1的另一端通过第九电阻R9与第二运算放大器A2的正向输入端连接；第二运算放大器A2的正向输入端通过第十电阻R10接地。第四电容C4的一端与第二运算放大器A2的正向输入端连接，另一端接地。第一运算放大器A1的输出端通过第十二电阻R12与第三运算放大器A3的反向输入端连接；第三运算放大器A3的正向输入端接地。第十一电阻R11的一端与第三运算放大器A3的反向输入端连接，另一端与第一二极管D1的输出端连接。第二运算放大器A2的输出端通过第十四电阻R14与第四运算放大器A4的反向输入端连接；第四运算放大器A4的正向输入端接地。第十三电 阻R13的一端与第四运算放大器A4的反向输入端连接，另一端与第二二极管D2的输出端连接。第十五电阻R15的一端与电源连接，另一端与第五运算放大器A5的输出端连接；第十六电阻R16的一端与电源连接，另一端与第五运算放大器A5的正向输入端连接；第十七电阻R17的一端与第五运算放大器A5的正向输入端连接，另一端与第五运算放大器A5的输出端连接；第十八电阻R18的一端接地，另一端与第五运算放大器A5的正向输入端连接；第一二极管D1及第二二极管D2的输出端分别通过第十九电阻R19与第五运算放大器A5的反向输入端连接；第五电容C5的一端与第五运算放大器A5的反向输入端连接，另一端接地。PWM1端口通过第二十一电阻R21与第三二极管D3的输入端连接；第三二极管D3的输入端通过第二十电阻R20接地；第三二极管D3的输入端与第一绝缘栅双极晶体管Q1连接PWM2端口通过第二十二电阻R22与第四二极管D4的输入端连接。第四二极管D4的输入端通过第二十三电阻R23接地。第四二极管D4的输入端与第二绝缘栅双极晶体管Q2连接；第三二极管D3的输出端与第四二极管D4的输出端连接；第三二极管D3的输出端及第四二极管D4的输出端均与第五运算放大器A5的输出端连接。 

本实用新型实施例提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路在工作时，假定第一绝缘栅双极晶体管Q1开始导通，第二绝缘栅双极晶体管Q2关断，此时第二电流互感器CT2检测到电流，在第一电阻R1两端形成电位差，并随着第一绝缘栅双极晶体管Q1的电流增加而逐渐增加，进而使放大电路和半波整流电路的输出电压相应增大。当半波整流电路的输出电压大于设定的极限电压时，迟滞比较电路输出低电平，钳位电路拉低PWM1端口和PWM2端口输出的控制信号，使第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2关断。当第一绝缘栅双极晶体管元件Q1的电流降低时，第一电阻R17两端电位差开始降低，进而使放大电路和半波整流电路的输出电压相应减小。当半波整流电路的输出电压小于设置的极限电压 时，迟滞比较电路恢复高电平，钳位电路不工作，PWM1端口和PWM2端口输出的脉冲正常作用到第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的驱动，第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2正常工作。 

本实用新型提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，采用电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路五个小型电路组成，结构简单，能够在没有控制器参与保护的情况下实现对绝缘栅双极晶体管的过流保护，成本较低，便于在工业上广泛应用。本实用新型实施例提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路过流保护功能全面，由于电流传感器放在绝缘栅双极晶体管的发射极，能对绝缘栅双极晶体管的各种过流和短路情况进行保护，包括对逆变输出端对地短路、绝缘栅双极晶体管桥臂直通短路、绝缘栅双极晶体管过流等异常情况进行保护。本实用新型实施例提供的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，结构简单，易于扩展，对于有三个桥臂的三相桥同样适用。 

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 

Claims (6)

1.一种绝缘栅双极晶体管过流保护电路，包括第一绝缘栅双极晶体管元件Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2；其特征在于，还包括：电流互感电路、放大电路、半波整流电路、迟滞比较电路及钳位电路；

所述电流互感电路与所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于从所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2感应压降并获得所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的输出电流；

所述放大电路与所述电流互感电路连接，所述输出电流输送至所述放大电路，将所述输出电流按线性关系进行缩放处理；

所述半波整流电路与所述放大电路连接，用于对所述放大电路的电压信号进行半波整流；

所述迟滞比较电路与所述半波整流电路连接，用于对所述半波整流电路输出的单向电压进行双门限迟滞比较；

所述钳位电路分别与所述迟滞比较电路及所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2连接，用于并控制所述第一绝缘栅双极晶体管Q1及第二绝缘栅双极晶体管Q2的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，其特征在于，所述电流互感电路包括：第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第一电阻R1、第二电阻R2；

所述第一电流互感器CT1放置在所述第一绝缘栅双极晶体管Q1的发射极处，所述第一电流互感器CT1的两端分别与所述放大电路连接；所述第一电阻R1并联在所述第一电流互感器CT1的两端；

所述第二电流互感器CT2放置在所述第二绝缘栅双极晶体管Q2的发射极处，所述第二电流互感器CT2的两端分别与所述放大电路连接；所述第二电阻R2并联在所述第二电流互感器CT2的两端。

3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，其特征在于，所述放大电路包括：第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4；

所述第三电阻R3与所述第一电容C1并联连接，所述第三电阻R3及所述第一电容C1的两端均分别与所述第一运算放大器A1的反向输入端和输出端连接；所述第二电流互感器CT2的一端通过所述第四电阻R4与所述第一运算放大器A1的反向输入端连接，所述第二电流互感器CT2的另一端通过所述第五电阻R5与所述第一运算放大器A1的正向输入端连接；所述第一运算放大器A1的正向输入端通过所述第六电阻R6接地；所述第二电容C2的一端与所述第一运算放大器A1的正向输入端连接，另一端接地；所述第一运算放大器A1的输出端与所述半波整流电路连接；

所述第七电阻R7与所述第三电容C3并联连接，所述第七电阻R7及所述第三电容C3的两端均分别与所述第二运算放大器A2的反向输入端和输出端连接；所述第一电流互感器CT1的一端通过所述第八电阻R8与所述第二运算放大器A2的反向输入端连接，所述第一电流互感器CT1的另一端通过所述第九电阻R9与所述第二运算放大器A2的正向输入端连接；所述第二运算放大器A2的正向输入端通过所述第十电阻R10接地；所述第四电容C4的一端与所述第二运算放大器A2的正向输入端连接，另一端接地；所述第二运算放大器A2的输出端与所述半波整流电路连接。

4.根据权利要求3所述的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，其特征在于，所述半波整流电路包括：第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第一二极管D1及第二二极管D2；

所述第一运算放大器A1的输出端通过所述第十二电阻R12与所述第三运算放大器A3的反向输入端连接；所述第三运算放大器A3的正向输入端接地；所述第三运算放大器A3的输出端通过所述第一二极管D1与所述迟滞比较电路连接；所述第十一电阻R11的一端与所述第三运算放大器A3的反向输入端连接，另一端与所述第一二极管D1的输出端连接；

所述第二运算放大器A2的输出端通过所述第十四电阻R14与所述第四运算放大器A4的反向输入端连接；所述第四运算放大器A4的正向输入端接地；所述第四运算放大器A4的输出端通过所述第二二极管D2与所述迟滞比较电路连接；所述第十三电阻R13的一端与所述第四运算放大器A4的反向输入端连接，另一端与所述第二二极管D2的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，其特征在于，所述迟滞比较电路包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第五运算放大器A5及第五电容C5；

所述第十五电阻R15的一端与电源连接，另一端与所述第五运算放大器A5的输出端连接；所述第十六电阻R16的一端与电源连接，另一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接；所述第十七电阻R17的一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接，另一端与所述第五运算放大器A5的输出端连接；所述第十八电阻R18的一端接地，另一端与所述第五运算放大器A5的正向输入端连接；所述第一二极管D1及第二二极管D2的输出端分别通过所述第十九电阻R19与所述第五运算放大器A5的反向输入端连接；所述第五电容C5的一端与所述第五运算放大器A5的反向输入端连接，另一端接地；所述第五运算放大器A5的输出端与所述钳位电路连接。

6.根据权利要求5所述的绝缘栅双极晶体管过流保护电路，其特征在于，所述钳位电路包括：PWM1端口、PWM2端口、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第三二极管D3及第四二极管D4；

所述PWM1端口通过所述第二十一电阻R21与所述第三二极管D3的输入端连接；所述第三二极管D3的输入端通过所述第二十电阻R20接地；所述第三二极管D3的输入端与所述第一绝缘栅双极晶体管Q1连接；所述PWM2端口通过所述第二十二电阻R22与所述第四二极管D4的输入端连接；所述第四二极管D4的输入端通过所述第二十三电阻R23接地；所述第四二极管D4的输入端与所述第二绝缘栅双极晶体管Q2连接；所述第三二极管D3的输出端与所述第四二极管D4的输出端连接；所述第三二极管D3的输出端及所述第四二极管D4的输出端均与所述第五运算放大器A5的输出端连接。

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