CN204144923U - 一种大功率igbt温度采样保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述电路包含有：温度采样放大电路：用于采集温度信号；温度采样基准源：用于对温度采样放大电路提供基准电压；差分隔离放大电路：对温度采样放大电路采集的信号进行隔离并放大；电压跟随器电路：将差分隔离放大电路输出的采用信号传递给AD采样模块；温度保护锁存电路：将电压跟随器电路输出的采样信号进行比较保护并进行锁存；温度保护基准源：对温度保护锁存电路提供基准保护电压。本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，精度高且可靠性好。

Description

一种大功率IGBT温度采样保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种保护电路，尤其是涉及一种用于大功率IGBT上的温度采样保护电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

大功率IGBT模块广泛应用于电力电子技术领域中，是一种比较昂贵的元器件；IGBT 模块会因温度变化影响其使用性能，当IGBT结温超过额定值时，会发生永久损坏，所以需要对IGBT 模块设置温度保护装置，从而使IGBT 模块在允许的温度范围内工作；

实际使用中，大功率IGBT为高频、大电流开关器件，其工作时会产生较强电磁辐射，常规的IGBT温度采集保护电路容易受到电磁辐射干扰导致采样精度偏差甚至损坏；因此IGBT温度采集保护电路需要采用一种带强共模干扰抑制的电路设计方案。

同时，大功率IGBT是一种发热元件，由于其大功率散热，其正常工作时周围环境温度变化较大，常规的IGBT温度采样电路在这种大温度范围环境内工作，缺少相应的温漂抑制能力，从而导致其精度不够，因此需要一种新型的IGBT温度采集保护电路，其具有一定的温漂抑制能力，能够避免温度变化对采样精度的影响。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种精度高且可靠性好的大功率IGBT温度采样保护电路。

本实用新型的目的是这样实现的：一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述电路包含有：

温度采样放大电路：用于采集温度信号；

温度采样基准源：用于对温度采样放大电路提供基准电压；

差分隔离放大电路：对温度采样放大电路采集的信号进行隔离并放大；

电压跟随器电路：将差分隔离放大电路输出的采样信号传递给AD采样模块；

温度保护锁存电路：将电压跟随器电路输出的采样信号进行比较保护并进行锁存；

温度保护基准源：对温度保护锁存电路提供基准保护电压。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述温度采样基准源和温度保护基准源均为稳压电路，该稳压电路的分压电路由第一电阻、可调电阻、第二电阻和第三电阻串接于高电平VCC和模拟地之间，一稳压管的参考极接入第二电阻和第三电阻之间的连接点，稳压管的阳极接入模拟地，稳压管的阴极经第一电阻接入高电平VCC，且高电平VCC经第一电阻后通过去耦电容接入模拟地，稳压管的阴极输出稳定电压，温度采样基准源中稳压管的阴极输出基准电压，温度保护基准源中稳压管的阴极输出基准保护电压。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述稳压管的型号为TL431。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述温度采样放大电路包含有分压电路，该分压电路由电阻四、热敏电阻和电阻五串接于基准电压和模拟地之间，所述热敏电阻和电阻五之间的连接点输出温度信号；该温度信号经放大器放大后输出温度采样信号。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，上述所述热敏电阻和电阻五之间的连接点输出的温度信号经电阻接入放大器一的同相输入端，放大器一的反相输入端与其输出端相连，该放大器的输出端经电阻接入放大器二的同相输入端，该放大器二的同相输入端经一电阻接入模拟地，该放大器二的反相输入端经一电阻接入模拟地，同时该放大器二的反相输入端经另一电阻接入其输出端，该放大器二的输出端经一电阻输出温度采样信号。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述电阻四一端与基准电压相连，另一端经共模滤波电容接地，所述电阻五一端与模拟地相连，另一端经共模滤波电容接地。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述差分隔离放大电路包含有光电隔离放大器，上述温度采样放大电路输出的温度采样信号接入光电隔离放大器的同相输入端，光电隔离放大器的反相输入端接入模拟地，所述光电隔离放大器的差分输出正负极分别经电阻后连接至放大器三同相输入端和反相输入端，上述放大器三的同相输入端经并联设置的电容和电阻后接入模拟地，上述放大器三的反相输入端经并联设置的电容和电阻后接入放大器三的输出端；所述放大器三的输出端输出温度采样信号经电压跟随器后输入AD采样模块。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，上述光电隔离放大器的型号为HCPL-7800，上述放大器三的型号为MC34071。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述温度保护锁存电路包含有比较器和触发器，上述温度采样信号输入比较器的同相输入端，温度保护基准源的基准保护电压输入比较器的反相输入端，所述比较器的输出端设置有一上拉电阻，且该输出端连接至触发器的控制端。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述放大器一、放大器二和放大器四的型号为LM358，比较器的型号为LM211，触发器的型号为CD4013。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的温度采样基准源及温度保护基准源采用可调稳压源，能保证基准电压值和基准保护电压值的精确，从而提高采样保护精度；本实用新型的温度采样可通过调节可调电阻阻值大小来校正温度采样基准源的基准电压和温度保护基准源的基准保护电压；由于稳压管TL431得稳压特性，当采样电源稍有波动或分压电阻阻值受温漂影响时能保证基准电压和基准保护电压的输出稳定。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路采用多级放大电路，使电路具有较强抗干扰能力，同时保证采样信号精度，可适用在高电磁噪声环境中。光电隔离放大器HCPL-7800有较大共模抑制比，其与后级差分放大电路、温度采样放大电路中的输入端滤波电容组合能滤除采样信号共模干扰。另外，温度采样放大电路和电压跟随器电路中的电压跟随器设计在采样信号输入端及输出端，保证采样信号完整性，提高采样精度。

本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路温度保护带锁存器，发生过温保护故障会使故障信号保持直至受控复位。可避免温度保护后，因根本故障未排除，温度下降至保护值以下导致的二次误动作。

附图说明

图1为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的电路框图。

图2为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的温度采样基准源的部分电路图。

图3为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的温度采样放大电路的部分电路图。

图4为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的差分隔离放大电路的部分电路图。

图5为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的电压跟随器的部分电路图。

图6为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的温度保护基准源的部分电路图。

图7为本实用新型一种大功率IGBT温度采样保护电路的温度保护锁存电路的部分电路图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型涉及的一种大功率IGBT温度采样保护电路，所述电路包含有：

温度采样放大电路：用于采集温度信号；

温度采样基准源：用于对温度采样放大电路提供基准电压；

差分隔离放大电路：对温度采样放大电路采集的信号进行隔离并放大；

电压跟随器电路：将差分隔离放大电路输出的采样信号传递给AD采样模块；

温度保护锁存电路：将电压跟随器电路输出的采样信号进行比较保护并进行锁存；

温度保护基准源：用于对温度保护锁存电路提供基准保护电压；

下面结合图2~7对本实用新型进行具体阐述：

参见图2和图6，所述温度采样基准源和温度保护基准源均为稳压电路，该稳压电路采用TL431稳压管，该稳压电路与普通采用TL431构成的稳压电路的区别在于：参考极的分压电路上采用可调电阻，从而使得该稳压电路能够根据需要进行调节；具体的讲——分压电路由第一电阻（图2中的R35、图6中的R1）、可调电阻（图2中的RR1、图6中的R2）、第二电阻（图2中的R36、图6中的R3）和第三电阻（图2中的R37、图6中的R4）串接于高电平VCC和模拟地之间，且稳压管TL431（图2中的U4、图6中的U3）的参考极接入第二电阻和第三电阻之间的连接点，稳压管TL431的阳极接入模拟地，稳压管TL431的阴极经第一电阻接入高电平VCC，且高电平VCC经第一电阻后通过去耦电容（图2中的CC1、图6中的C1）接入模拟地，稳压管TL431的阴极（也即U4的第一脚）输出基准电压Vref，稳压管TL431的阴极（也即U3的第一脚）输出基准保护电压；上述稳压管U3、U4的型号均为TL431，图示中稳压管U4采用SOP-8封装，其具有8个引脚；8个引脚定义依次为：第1脚为阴极（Cathode）、第2~5脚为空脚，第6脚为阳极（Anode）、第7脚为空脚、第8脚为参考极（Reference）；

上述温度采样基准源电路通过调节可调电阻RR1阻值大小来调节Vref处基准电压达到精准目标值；当电源电压VCC有波动或者分压电阻BR1，BR41有温漂时，稳压管TL431对Vref处温度采样基准电压输出端形成负反馈，保证温度采样基准电压稳定，无波动。

参见图3，所述温度采样放大电路包含有分压电路，该分压电路由电阻四（图3中BR1）、热敏电阻（图3中RT）和电阻五（图3中BR41）串接于基准电压和模拟地之间（优选的，所述电阻四一端与基准电压相连，另一端经共模滤波电容BC1接地，所述电阻五一端与模拟地相连，另一端经共模滤波电容BC3接地），所述热敏电阻和电阻五之间的连接点输出温度信号；该温度信号经放大器放大后输出；具体的讲，该温度信号经电阻接入放大器一（图3中的LEM1A）的同相输入端，放大器一的反相输入端与其输出端相连，该放大器的输出端经电阻接入放大器二（图3中的LEM1B）的同相输入端，该放大器二的同相输入端经一电阻接入模拟地，该放大器二的反相输入端经一电阻接入模拟地，同时该放大器二的反相输入端经另一电阻接入其输出端，该放大器二的输出端经一电阻输出温度采样信号；上述放大器一和放大器二的型号均为LM358；

上述热敏电阻RT为IGBT内部温敏电阻，其阻值通过查阻值/温度表可获得对应温度；BR1、RT、BR41对温度采样基准电压分压；运算放大器LEM1A接法形成电压跟随器；分压电阻BR41上电压经传递电阻BR5及电压跟随器LEM1A传递至BR6，其输出阻抗近似为零；BC1，BC3为高压瓷片电容，与大地相连可抑制温敏电阻RT两端共模干扰；BR6、BR2、BR11、BR10及运算放大器LEM1B构成比例放大电路；

参见图4，所述差分隔离放大电路包含有光电隔离放大器U3，上述温度采样放大电路输出的温度采样信号接入光电隔离放大器U3的同相输入端，光电隔离放大器U3的反相输入端接入模拟地，所述光电隔离放大器U3的差分输出正负极分别经电阻后连接至放大器三（图4中的OP1）同相输入端和反相输入端，上述放大器三的同相输入端经并联设置的电容和电阻后接入模拟地，上述放大器三的反相输入端经并联设置的电容和电阻后接入放大器三的输出端；所述放大器三的输出端输出温度采样信号经如图5所示的电压跟随器后输入AD采样模块；上述光电隔离放大器U3的型号为HCPL-7800，上述放大器三的型号为MC34071；

参见图5，所述电压跟随器包含有放大器四（图5中的LEM3A），上述差分隔离放大电路输出的温度采样信号输入放大器四的同相输入端，所述放大器四的反相输入端经电阻接入其输出端，该输出端将信号输入至AD采样模块；放大器四的型号为LM358；

参见图7，所述温度保护锁存电路包含有比较器U1和触发器U2，上述温度采样信号输入比较器U1的同相输入端，温度保护基准源的基准保护电压输入比较器U1的反相输入端，所述比较器U1的输出端设置有一上拉电阻，且该输出端连接至触发器U2的控制端CP1；所述比较器U1的型号为LM211，触发器U2的型号为CD4013；

比较器U1将温度保护基准源的基准保护电压与温度采样信号进行比较，当温度采样信号电平高于基准保护电压时（即温度高于设定温度时），向后级D触发器U2输出保护信号；U2为双通道D触发器CD4013；其DI引脚为信号输入端连接到5V高电平，当脉冲输入端CP1引脚电平变高时，Q1引脚输出高电平锁存保护信号，R1为D触发器复位引脚，温度保护信号可由上位机复位；

采用本实用新型后能够对大功率IGBT内部温度进行实时精确的采样；且本实用新型具有较强的抗共模干扰能力，不会因为IGBT工作室周围的强电磁干扰环境导致采样误差；同时本实用新型具有温漂采样误差抑制能力，能抑制工作环境温度变化时的由温漂导致的采样误差；而且本实用新型的温度保护信号带锁存功能，不会因为保护后温度下降而自动复归。

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个最优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述电路包含有：

温度采样放大电路：用于采集温度信号；

温度采样基准源：用于对温度采样放大电路提供基准电压；

差分隔离放大电路：对温度采样放大电路采集的信号进行隔离并放大；

电压跟随器电路：将差分隔离放大电路输出的采样信号传递给AD采样模块；

温度保护锁存电路：将电压跟随器电路输出的采样信号进行比较保护并进行锁存；

温度保护基准源：对温度保护锁存电路提供基准保护电压。

2.如权利要求1所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述温度采样基准源和温度保护基准源均为稳压电路，该稳压电路的分压电路由第一电阻、可调电阻、第二电阻和第三电阻串接于高电平VCC和模拟地之间，一稳压管的参考极接入第二电阻和第三电阻之间的连接点，稳压管的阳极接入模拟地，稳压管的阴极经第一电阻接入高电平VCC，且高电平VCC经第一电阻后通过去耦电容接入模拟地，稳压管的阴极输出稳定电压，温度采样基准源中稳压管的阴极输出基准电压，温度保护基准源中稳压管的阴极输出基准保护电压。

3.如权利要求2所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述稳压管的型号为TL431。

4.如权利要求2所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述温度采样放大电路包含有分压电路，该分压电路由电阻四、热敏电阻和电阻五串接于基准电压和模拟地之间，所述热敏电阻和电阻五之间的连接点输出温度信号；该温度信号经放大器放大后输出温度采样信号。

5.如权利要求4所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述热敏电阻和电阻五之间的连接点输出的温度信号经电阻接入放大器一的同相输入端，放大器一的反相输入端与其输出端相连，该放大器的输出端经电阻接入放大器二的同相输入端，该放大器二的同相输入端经一电阻接入模拟地，该放大器二的反相输入端经一电阻接入模拟地，同时该放大器二的反相输入端经另一电阻接入其输出端，该放大器二的输出端经一电阻输出温度采样信号。

6.如权利要求4或5所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述电阻四一端与基准电压相连，另一端经共模滤波电容接地，所述电阻五一端与模拟地相连，另一端经共模滤波电容接地。

7.如权利要求4或5所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述差分隔离放大电路包含有光电隔离放大器，上述温度采样放大电路输出的温度采样信号接入光电隔离放大器的同相输入端，光电隔离放大器的反相输入端接入模拟地，所述光电隔离放大器的差分输出正负极分别经电阻后连接至放大器三同相输入端和反相输入端，上述放大器三的同相输入端经并联设置的电容和电阻后接入模拟地，上述放大器三的反相输入端经并联设置的电容和电阻后接入放大器三的输出端；所述放大器三的输出端输出温度采样信号经电压跟随器后输入AD采样模块。

8.如权利要求7所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：上述光电隔离放大器的型号为HCPL-7800，上述放大器三的型号为MC34071。

9.如权利要求7所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述温度保护锁存电路包含有比较器和触发器，上述温度采样信号输入比较器的同相输入端，温度保护基准源的基准保护电压输入比较器的反相输入端，所述比较器的输出端设置有一上拉电阻，且该输出端连接至触发器的控制端。

10.如权利要求9所述一种大功率IGBT温度采样保护电路，其特征在于：所述放大器一、放大器二和放大器四的型号为LM358，比较器的型号为LM211，触发器的型号为CD4013。