CN204089759U - 高频功率器件开关保护电路 - Google Patents

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Cai Qunwen
Jiang Zhongming
Liu Ye
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Abstract

高频功率器件开关保护电路，涉及电学领域，具体包括包括保护单元和与保护单元连接的MOS管驱动单元；与现有技术相比，本实用新型的技术方案实现了高频功率器件开关在实现了在每个PWM有效电平内的逐周保护，而且本实用新型还对高频功率器件开关设置MOS管负压驱动电路，通过MOS管负压驱动电路可以对MOS管进行快速响应关闭并对MOS管实现驱动保护，提高整个电路的安全性和使用寿命。

Description

高频功率器件开关保护电路
技术领域
本实用新型涉及电学领域，具体为高频功率器件开关保护电路。
背景技术
在功率器件的应用中，对过载及负载短路的保护十分重要，一些设备的损坏往往是由于缺少保护电路或保护电路不及时造成的，虽然有些专用集成电路集成了某种保护功能，但往往保护参数单一不能很方便地实现设计者意图。而没有使用具备保护功能集成电路的方案，则功率器件处于裸奔状态，随时面临意外情况下的损坏。即使有意单独设计保护电路，往往电路相对复杂，成本也相应较高。随着电力半导体器件的发展，功率场效应晶体管已经成为了功率器件开关电源中最常用的器件，由于其开关速度快、驱动功率小、易并联等优点，广泛应用于高频、中小功率的场合。目前，电压源驱动的开关频率已经超过1MHz，但是开关频率过高会导致一系列问题，其中阻碍电压源驱动开关频率提高的主要瓶颈就是开关器件导通和关断过程的损耗、门极驱动的损耗和开关器件输出电容的损耗；为解决这些问题，亟需一种新的电路结构来实现高频功率器件的开关保护。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高频功率器件开关保护电路，以解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
高频功率器件开关保护电路，包括保护单元和与保护单元连接的MOS管驱动单元；所述的保护单元包括电阻R1，PNP型三极管Q1，NPN型三极管Q2，电阻R2和电阻R5，其中，R1的一端与三极管Q1的发射极相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极相连；三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与三极管Q1的集电极以及电阻R2相连，电阻R5一端接地，另一端与电阻R2一端相连端相连；所述的MOS管负压驱动电路包括：稳压电路、负压电路、保护电路和MOS管VT，所述的稳压电路由稳压二极管VD1和限流电阻R4组成，稳压二极管VD1的负极与所述保护单元中的电阻R1连接，所述电阻R2接在VD1正极与所述MOS管VT源极的两端；所述的负压电路由二极管VD2、稳压管VD4、三极管Q3、电容C1以及栅极输入电阻R4组成，所述二极管VD2的正极与限流控制电路中三极管Q2的集电极以及保护单元中三极管Q1基极与三极管Q2集电极的交点连接，二极管VD2的负极同时与所述电容C1的正极和所述稳压管V4的负极相连，所述稳压管VD4的正极与电容C1的负极相连，所述三极管Q3的基极与二极管VD2的正极相连，三极管Q3的集电极与电容C1的正极相连，三极管Q3的发射极连接在电阻R2与R5之间并与所述MOS管VT的源极相连；所述MOS管VT的栅极输入电阻R4接在电容C1负极与MOS管VT栅极的两端；所述的保护电路由二极管VD3、保护电阻R4和滤波电容C2组成，所述的二极管VD3的正极与MOS管VT的栅极相连，二极管VD3的负极与电容C1的正极相连，所述保护电阻R4接在MOS管VT的栅极与门极之间，所述的滤波电容C2与电阻R3并联。
进一步的，所述的三极管Q1为PNP型三极管。
进一步的，所述的三极管Q2为NPN型三极管。
进一步的，所述的三极管Q3为PNP型三极管。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案实现了高频功率器件开关在实现了在每个PWM有效电平内的逐周保护，而且本实用新型还对高频功率器件开关设置MOS管负压驱动电路，通过MOS管负压驱动电路可以对MOS管进行快速响应关闭并对MOS管实现驱动保护，提高整个电路的安全性和使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
如图1所示的高频功率器件开关保护电路，包括保护单元和与保护单元连接的MOS管驱动单元；所述的保护单元包括电阻R1，PNP型三极管Q1，NPN型三极管Q2，电阻R2和电阻R5，其中，R1的一端与三极管Q1的发射极相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极相连；三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与三极管Q1的集电极以及电阻R2相连，电阻R5一端接地，另一端与电阻R2一端相连端相连；所述的MOS管负压驱动电路包括：稳压电路、负压电路、保护电路和MOS管VT，所述的稳压电路由稳压二极管VD1和限流电阻R4组成，稳压二极管VD1的负极与所述保护单元中的电阻R1连接，所述电阻R2接在VD1正极与所述MOS管VT源极的两端；所述的负压电路由二极管VD2、稳压管VD4、三极管Q3、电容C1以及栅极输入电阻R4组成，所述二极管VD2的正极与限流控制电路中三极管Q2的集电极以及保护单元中三极管Q1基极与三极管Q2集电极的交点连接，二极管VD2的负极同时与所述电容C1的正极和所述稳压管V4的负极相连，所述稳压管VD4的正极与电容C1的负极相连，所述三极管Q3的基极与二极管VD2的正极相连，三极管Q3的集电极与电容C1的正极相连，三极管Q3的发射极连接在电阻R2与R5之间并与所述MOS管VT的源极相连；所述MOS管VT的栅极输入电阻R4接在电容C1负极与MOS管VT栅极的两端；所述的保护电路由二极管VD3、保护电阻R4和滤波电容C2组成，所述的二极管VD3的正极与MOS管VT的栅极相连，二极管VD3的负极与电容C1的正极相连，所述保护电阻R4接在MOS管VT的栅极与门极之间，所述的滤波电容C2与电阻R3并联。
当脉冲宽度调制(PWM)驱动信号为高电平且通过电阻R1作用到MOS管驱动单元后，MOS管VT开始导通并且电流开始增加，电阻R5上压降也同步增大，电阻R5上压降大于三极管Q2导通电压后，三极管Q2开始导通，电阻R1压降开始增加，电阻R1压降超过三极管Q1导通电压后，三极管Q1导通，三极管Q1导通的结果是使NPN三极管Q2的基极电压上升促使三极管Q2导通程度进一步加大，而三极管Q2导通程度的加大又促使三极管Q1导通程度的进一步加大，如此正反馈的结果是三极管Q2、三极管Q1快速进入了饱和自锁状态，由于NPN三极管Q2饱和，MOS管驱动单元进入关断状态，R3上压降为0，但由于三极管Q1饱和抬高了三极管Q2基极电压，自锁状态仍然继续维持，MOS管处于持续关断状态，当PWM驱动信号为低电平，自锁状态解除。
MOS管负压驱动电路的工作过程为：当驱动电压为零时，负压产生电路在MOS管VT的门极与栅极之间产生负电压，二极管VD2可以防止电流反向流动，电容C1利用电荷泵原理在正极电压突变为零时产生负压，并联稳压二极管VD4保证电容两端电压稳定，PNP型三极管Q3用来为产生负压提供通道，电阻R4保证电荷泵的放电时间；保护电路中的电阻R3连接在MOS管VT的栅极和源极之间，防止静电击穿，小电容C2起滤波作用，减少驱动脉冲前后沿的畸变现象，二极管VD3的作用是给MOS管VT栅极寄生输入电容提供低阻抗放电通道，加速输入电容放电，从而加速MOS管VT的关断。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.高频功率器件开关保护电路，其特征在于，包括保护单元和与保护单元连接的MOS管驱动单元；所述的保护单元包括电阻R1，PNP型三极管Q1，NPN型三极管Q2，电阻R2和电阻R5，其中，R1的一端与三极管Q1的发射极相连，电阻R1的另一端与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极相连；三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与三极管Q1的集电极以及电阻R2相连，电阻R5一端接地，另一端与电阻R2一端相连端相连；所述的MOS管负压驱动电路包括：稳压电路、负压电路、保护电路和MOS管VT，所述的稳压电路由稳压二极管VD1和限流电阻R4组成，稳压二极管VD1的负极与所述保护单元中的电阻R1连接，所述电阻R2接在VD1正极与所述MOS管VT源极的两端；所述的负压电路由二极管VD2、稳压管VD4、三极管Q3、电容C1以及栅极输入电阻R4组成，所述二极管VD2的正极与限流控制电路中三极管Q2的集电极以及保护单元中三极管Q1基极与三极管Q2集电极的交点连接，二极管VD2的负极同时与所述电容C1的正极和所述稳压管V4的负极相连，所述稳压管VD4的正极与电容C1的负极相连，所述三极管Q3的基极与二极管VD2的正极相连，三极管Q3的集电极与电容C1的正极相连，三极管Q3的发射极连接在电阻R2与R5之间并与所述MOS管VT的源极相连；所述MOS管VT的栅极输入电阻R4接在电容C1负极与MOS管VT栅极的两端；所述的保护电路由二极管VD3、保护电阻R4和滤波电容C2组成，所述的二极管VD3的正极与MOS管VT的栅极相连，二极管VD3的负极与电容C1的正极相连，所述保护电阻R4接在MOS管VT的栅极与门极之间，所述的滤波电容C2与电阻R3并联。
2.根据权利要求1所述的高频功率器件开关保护电路，其特征在于：所述的三极管Q1为PNP型三极管。
3.根据权利要求1所述的高频功率器件开关保护电路，其特征在于：所述的三极管Q2为NPN型三极管。
4.根据权利要求1所述的高频功率器件开关保护电路，其特征在于：所述的三极管Q3为PNP型三极管。
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CN108631259A (zh) * 2018-04-24 2018-10-09 安徽艾可蓝环保股份有限公司 一种可调过流保护和过流关断自锁电路

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