CN213693459U - 一种过流保护电路及电器设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种过流保护电路及电器设备。其中，该电路包括：检测模块，其第一端连接至第一电阻的第二端与第一单向元件的阳极之间，其第二端接地，用于检测功率开关器件是否发生过流故障，并在功率开关器件发生过流故障后，输出控制电压；其中，第一电阻的第一端连接驱动芯片的退饱和检测引脚，第一单向元件的阴极连接功率开关器件的漏极；保护模块，其第一端连接检测模块的第三端，其第二端连接至功率开关器件的栅极与第一电阻之间，其第三端接地，用于在控制电压的控制下导通，以降低通过功率开关器件的电流。通过本实用新型，能够避免过流故障造成功率开关器件损坏，提高功率开关器件的可靠性。

Description

一种过流保护电路及电器设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种过流保护电路及电器设备。

背景技术

功率开关器件(例如由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合IGBT开关管)，由于驱动功率小而饱和压降低，其越来越广泛地被应用于电机驱动，逆变器等领域。

随着功率开关器件的使用频率的增加，功率开关器件损坏问题频发，其驱动和保护越来越受到重视，英飞凌、东芝等厂家相继开发出了功率开关器件驱动光耦来驱动及保护功率开关器件。但由于驱动光耦保护电路控制功率开关器件关断需要一定时间，在完全关断之前，流过功率开关器件的电流仍然较大，即现有驱动光耦中的保护电路并不能及时对功率开关器件进行保护，造成功率开关器件损坏的问题时有发生。

针对现有技术中的保护电路不能及时对功率开关器件进行保护的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供一种过流保护电路及电器设备，以解决现有技术中的保护电路不能及时对功率开关器件进行保护的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种过流保护电路，应用于功率开关器件，所述功率开关器件连接驱动芯片，该电路包括：

检测模块，其第一端连接至第一电阻的第二端与第一单向元件的阳极之间，其第二端接地，用于检测功率开关器件是否发生过流故障，并在所述功率开关器件发生过流故障后，输出控制电压；其中，所述第一电阻的第一端连接所述驱动芯片的退饱和检测引脚，所述第一单向元件的阴极连接所述功率开关器件的漏极；

保护模块，其第一端连接所述检测模块的第三端，其第二端连接至所述功率开关器件的栅极与所述第一电阻之间，用于在所述控制电压的控制下导通，以降低通过所述功率开关器件的电流。

进一步地，所述检测模块包括：

串联设置的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和所述第三电阻串联后形成的串联支路的第一端连接至所述第一电阻的第二端与所述第一单向元件的阳极之间，第二端接地；

所述第二电阻与所述第三电阻之间的线路连接所述保护模块的第一端。

进一步地，所述保护模块包括：

第一开关，其基极连接所述检测模块的第三端，其发射极接地，用于在所述功率开关器件发生过流故障时导通，在所述功率开关器件正常导通时关断；

稳压单元，其第一端连接所述第一开关的集电极，其第二端连接至所述功率开关器件的栅极与驱动电阻之间，所述稳压单元用于在所述第一开关关断时截止，在所述第一开关导通时导通，以降低通过所述功率开关器件的电流。

进一步地，所述保护模块还包括：

第二单向元件，其阳极连接所述功率开关器件的栅极与所述驱动电阻之间，其阴极连接所述稳压单元的第一端。

进一步地，所述保护模块还包括：

第四电阻，其第一端连接至所述第二单向元件的阳极与所述驱动电阻之间，其第二端接地，用于减小功率开关器件的关断时的驱动电阻值。

进一步地，所述保护电路还包括：

第一电容，其第一端连接所述第二单向元件的阳极与所述功率开关器件的栅极之间，用于降低所述功率开关器件的导通速度。

进一步地，所述电路还包括：

第二电容，其第一端连接至所述退饱和检测引脚与所述第一电阻之间，其第二端接地，用于控制所述退饱和检测引脚的电压，进而控制所述退饱和检测引脚是否触发过流保护。

进一步地，所述电路还包括：

第三电容，其第一端连接所述驱动芯片的接地引脚，其第二端连接至所述驱动芯片的正压引脚和正压电源之间，所述第三电容用于对所述正压电源提供的电压进行滤波；

第四电容，其第一端连接至所述驱动芯片的正压引脚与所述正压电源之间，其第二端连接至所述驱动芯片的负压引脚与所述负压电源之间，所述第四电容用于对所述正压电源提供的电压和所述负压电源提供的电压进行滤波；

第五电容，其第一端接地，其第二端连接至所述驱动芯片的负压引脚与负压电源之间，所述第五电容用于对所述负压电源提供的电压进行滤波。

本实用新型还提供一种电器设备，包括功率开关器件及驱动芯片，其特征在于，所述电器设备还包括上述过流保护电路。

进一步地，所述电器设备至少包括以下其中之一：

空调、洗衣机、冰箱、热水器、风扇、烘干机、空气净化器、***、纯水机。

应用本实用新型的技术方案，通过检测模块，检测功率开关器件是否发生过流故障，并在所述功率开关器件发生过流故障后，输出控制电压；保护模块，在该控制电压的控制下导通，以降低通过功率开关器件的电流。能够在退饱和检测引脚触发过流保护之后，在功率开关器件彻底关断之前，降低功率开关器件的电流，避免过流故障造成功率开关器件损坏，提高功率开关器件的可靠性。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的过流保护电路的结构图；

图2为根据本实用新型另一实施例的过流保护电路的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述电阻，但这些电阻不应限于这些术语。这些术语仅用来将设置在不同位置的电阻区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一电阻也可以被称为第二电阻，类似地，第二电阻也可以被称为第一电阻。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种过流保护电路，应用于功率开关器件，所述功率开关器件连接驱动芯片，图1为根据本实用新型实施例的过流保护电路的结构图，如图1所示，功率开关器件(本实施例中以IGBT为例)的驱动芯片U包括接地引脚VE，正压引脚VCC、负压引脚VEE、输出引脚VOUT，其中，接地引脚VE接地，正压引脚VCC连接正压电源VCC1，负压引脚VEE连接负压电源VCC2，输出引脚VOUT通过驱动电阻Rg连接IGBT的栅极G，驱动芯片U中还包括退饱和检测引脚DESAT，饱和引脚DESAT通过第一电阻R1、第一单向元件D1连接IGBT的漏极D，其中，第一单向元件D1可以为二极管。

为了实现在退饱和检测引脚触发过流保护之后，在功率开关器件彻底关断之前，降低功率开关器件的电流，该过流保护电路包括：

检测模块1，检测模块1的第一端连接至第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间，第二端接地。由于在IGBT发生过流故障时，第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间会产生一个高电压，在退饱和检测引脚DESAT检测到该高电压时，驱动芯片U的脉冲输出会关断，进而关断IGBT，但是，IGBT彻底关断需要一定时间，在IGBT彻底关断之前，IGBT中的电流仍较大，因此，检测模块1通过检测第一电阻R1与第一单向元件D1之间的电压，检测IGBT是否发生过流故障，并在IGBT发生过流故障后，输出控制电压至保护模块2。

保护模块2，保护模块2的第一端连接检测模块1的第三端，第二端连接至IGBT的栅极G与第一电阻R1之间，第三端接地，用于在上述控制电压的控制下，降低通过IGBT的电流。

本实施例的过流保护电路，通过检测模块，检测功率开关器件是否发生过流故障，并在所述功率开关器件发生过流故障后，输出控制电压；保护模块，在该控制电压的控制下导通，以降低通过功率开关器件的电流。能够在退饱和检测引脚触发过流保护之后，在功率开关器件彻底关断之前，降低功率开关器件的电流，避免过流故障造成功率开关器件损坏，提高功率开关器件的可靠性。

实施例2

本实施例提供另一种过流保护电路，图2为根据本实用新型另一实施例的过流保护电路的结构图，为了实现将第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间的电压转换为控制保护模块2导通的控制电压，如图2所示，上述检测模块1包括：

串联设置的第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2和第三电阻R3串联后形成的串联支路的一端连接至上述第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间，另一端接地；具体地，第二电阻R2的第一端连接至上述第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端；第三电阻R3的第二端接地；第二电阻R2与第三电阻R3之间的线路连接保护模块的第一端，通过第二电阻R2与第三电阻R3将第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间的电压进行分压，第二电阻R2与第三电阻R3之间的线路引出端作为检测模块1的第三端，以输出分压后的电压。

为了实现输入控制电压时导通，如图2所示，上述保护模块2包括：

第一开关Q，第一开关Q的基极连接检测模块1的第三端，发射极接地，第一开关Q在IGBT发生过流故障时导通，在IGBT正常导通时关断。IGBT发生过流故障时，退饱和检测引脚DESAT检测到较高的电压，驱动芯片U的脉冲输出会关断，进而关断IGBT，但是在IGBT彻底关断之前，IGBT中的电流仍较大；此时第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间的检测点a的电压U2较高，第二电阻R2与第三电阻R3之间的检测点b输出的电压U3也较高，驱动第一开关Q导通，进而使保护模块2导通；其中，U3＝(Vds+VD1)*第三电阻R3的阻值/(第二电阻R2的阻值+第三电阻R3的阻值)，Vds为IGBT的漏极D和源极S之间的电压，VD1为第一单向元件D1两端的电压；在IGBT正常导通时，退饱和检测引脚DESAT检测到的电压较低，假设退饱和检测引脚DESAT输出电流为I1，此时退饱和检测引脚DESAT检测到的电压为U1＝Vds+VD1+I1×第一电阻R1的阻值，Vds为IGBT的漏极D和源极S之间的电压，此时第一电阻R1的第二端与第一单向元件D1的阳极之间的检测点a的电压U2较低，第二电阻R2与第三电阻R3之间的检测点b输出的电压U3也较低，此时电压U3电压不足以驱动第一开关Q导通，因此第一开关Q关断，进而使保护模块2关断。在本实施例中，第一开关Q为NPN型三极管。

保护模块2还包括稳压单元Z1，稳压单元Z1的第一端连接第一开关Q的集电极，第二端连接至IGBT的栅极G与驱动电阻Rg之间，稳压单元Z1在第一开关Q关断时截止，在第一开关Q导通时导通，即稳压单元Z1在IGBT发生过流故障后导通，以将IGBT的栅极G的电压钳位至较低电压，从而降低通过IGBT的电流。

为了避免稳压单元Z1和第一开关Q中通过反向电流，上述保护模块还包括：第二单向元件D2，第二单向元件D2的阳极连接IGBT的栅极G与驱动电阻Rg之间，阴极连接稳压单元Z1的第一端。通过第二单向元件D2，控制电流只能由IGBT的栅极G，流向稳压单元Z1和第一开关Q的集电极和发射极。在本实施例中，上述第二单向元件D2为二极管，稳压单元Z1为稳压二极管。

在控制IGBT关断时，理想状态下是一旦发出关断信号，IGBT立即关断，但是实际应用中，IGBT的关断总是会存在一定延迟，为了使提高IGBT的关断响应速度，如图2所示，上述保护模块2还包括：

第四电阻R4，第四电阻R4的第一端连接至第二单向元件D2的阳极与驱动电阻Rg之间，第二端接地，在IGBT输入关断信号时，第四电阻R4与驱动电阻Rg为并联关系，第四电阻R4与驱动电阻Rg并联后，总的驱动电阻值减小，提高了IGBT关断响应速度。

以上实施例中，由于人们希望IGBT输入关断信号时快速关断，因此通过第四电阻R4提高关断响应，但是在IGBT输入导通信号时，如果响应过快，则会导致IGBT受到的瞬时冲击过大，因此，为了降低IGBT的导通速度，如图2所示，上述保护电路还包括：

第一电容C1，第一电容C1第一端连接第二单向元件D2的阳极与IGBT的栅极G之间，用于降低IGBT的导通速度，以避免IGBT受到的瞬时冲击过大。

在IGBT正常导通时，不需要触发过流保护，退饱和检测引脚DESAT检测到的电压要维持一个较低值，在IGBT发生过流故障时，退饱和检测引脚DESAT检测到的电压应该升高，为了实现控制退饱和检测引脚DESAT检测到的电压，如图2所示，上述电路还包括：

第二电容C2，第二电容C2的第一端连接至退饱和检测引脚DESAT与第一电阻R1之间，第二电容C2的第二端接地，第二电容C2用于在IGBT正常导通时，第二电容C2两端充到一定值后不再充电，使退饱和检测引脚DESAT始终检测到较低电压，在IGBT发生过流故障时，第二电容C2继续充电，使退饱和检测引脚DESAT检测到较高电压，触发过流保护。

根据上文所述，驱动芯片U的接地引脚VE接地，正压引脚VCC连接正压电源VCC1，负压引脚VEE连接负压电源VCC2，由于正压电源VCC1和负压电源VCC2中包含有干扰信号，为了去除这些干扰信号，上述过流保护电路还包括：

第三电容C3，第三电容C3的第一端连接驱动芯片U的接地引脚VE，第二端连接至驱动芯片U的正压引脚VCC和正压电源VCC1之间，第三电容C3用于对所述正压电源VCC1提供的电压进行滤波，去除干扰信号。

过流保护电路还包括第四电容C4，第四电容C4的第一端连接至驱动芯片U的正压引脚VCC与正压电源VCC1之间，第二端连接至驱动芯片U的负压引脚VEE与负压电源VCC2之间，第四电容C4用于对正压电源VCC1提供的电压和负压电源VCC2提供的电压进行滤波，去除干扰信号。

过流保护电路还包括第五电容C5，第五电容C5的第一端接地，其第二端连接至驱动芯片U的负压引脚VEE与负压电源VCC2之间，第五电容C5用于对负压电源VCC2提供的电压进行滤波，去除干扰信号。

实施例3

本实施例提供另一种过流保护电路，本实施例的过流保护电路上文提及的图2中所示，其中，驱动芯片U具体为驱动光耦，该驱动光耦连接正压电源VCC1与负压电源VCC2，正压电源VCC1与负压电源VCC2输出的电压经过第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5滤波后为驱动光耦供电。

驱动光耦上设置退饱和检测引脚DESAT，当IGBT发生过流故障，退饱和检测引脚DESAT会输出一个高电压，驱动光耦会控制脉冲输出关断，进而关断IGBT。

IGBT驱动的过流保护电路包括退饱和检测电路，过流保护电路以及脉冲输出电路。

退饱和检测电路包括第二电容C2、第一电阻R1及第一单向元件D1，当IGBT正常导通，退饱和检测引脚DESAT输出一个微弱电流，并检测到一个较低的电压，此时该电压低于退饱和检测引脚DESAT的触发电压，驱动光耦不报过流故障。假设退饱和检测引脚DESAT输出电流为I1，此时该电压值为U1＝Vds+VD1+I1×R1。当发生过流故障时，IGBT的漏极D和源极S之间的电压Vds升高，第二电容C2开始充电，退饱和检测引脚DESAT检测到的电压升高，当电压升高至高于退饱和检测引脚DESAT的触发电压时，驱动光耦报过流故障，输出引脚VOUT IGBT关断，控制IGBT关断。

过流保护电路包括检测模块和保护模块：检测模块包括第二电阻R2和第三电阻R3，保护模块包括第二单向元件D2、稳压元件Z1和第一开关Q1，当发生过流故障时，保护模块可将IGBT的栅极电平钳位到低电平。

保护模块包括第二单向元件D2、稳压元件Z1和第一开关Q1，当IGBT正常导通时，a点检测到电压U2，b点检测到电压U3，此时U3小于第一开关Q1导通电压，第一开关Q1不导通，U3＝U3＝(Vds+VD1)×第三电阻R3的阻值/(第二电阻R2的阻值+第三电阻R3的阻值)。当发生过流故障，Vds升高，U2与U3升高，当2点电压高于第一开关Q1的导通电压时，第一开关Q1导通，在第二电容C2被充电至退饱和检测引脚DESAT的触发电压之前，稳压元件Z1将IGBT栅极G的电压钳位到低电平，故障电流的幅值减小，IGBT功率损耗降低，器件的短路承受时间延长，以此保证在IGBT关断之前其不会因为过流而损坏。

此外，当IGBT承受短时间的噪声与干扰尖峰时，DESAT引脚检测到该尖峰电压，第二电容C2开始充电，同时a点也检测到该尖峰电压，该尖峰电压经第二电阻R3与第三电阻R3分压之后，通过b点输出一电压值，该电压值超过第一开关Q1导通阈值，第一开关Q1导通，稳压元件Z1工作，将IGBT栅极电压拉低，使干扰尖峰降低，因此第二电容C2不会充电到DESAT阈值电压，驱动光耦不会报过流保护，电路可以正常工作。

实施例4

本实施例提供一种电器设备，包括功率开关器件及驱动芯片，该电器设备还包括上述过流保护电路，用于实现功率开关器件的过流保护，在退饱和检测引脚触发过流保护之后，在功率开关器件彻底关断之前，降低功率开关器件的电流，避免造成功率开关器件损坏，提高功率开关器件的可靠性，进而提高整个电器设备的可靠性，在本实施例中，该电器设备至少包括以下其中之一：空调、洗衣机、冰箱、热水器、风扇、烘干机、空气净化器、***、纯水机。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，应用于功率开关器件，所述功率开关器件连接驱动芯片，其特征在于，所述电路包括：

检测模块，其第一端连接至第一电阻的第二端与第一单向元件的阳极之间，其第二端接地，用于检测功率开关器件是否发生过流故障，并在所述功率开关器件发生过流故障后，输出控制电压；其中，所述第一电阻的第一端连接所述驱动芯片的退饱和检测引脚，所述第一单向元件的阴极连接所述功率开关器件的漏极；

保护模块，其第一端连接所述检测模块的第三端，其第二端连接至所述功率开关器件的栅极与所述第一电阻之间，其第三端接地，用于在所述控制电压的控制下导通，以降低通过所述功率开关器件的电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测模块包括：

串联设置的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻和所述第三电阻串联后形成的串联支路的第一端连接至所述第一电阻的第二端与所述第一单向元件的阳极之间，第二端接地；

所述第二电阻与所述第三电阻之间的线路连接所述保护模块的第一端。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述保护模块包括：

第一开关，其基极连接所述检测模块的第三端，其发射极接地，用于在所述功率开关器件发生过流故障时导通，在所述功率开关器件正常导通时关断；

稳压单元，其第一端连接所述第一开关的集电极，其第二端连接至所述功率开关器件的栅极与驱动电阻之间，所述稳压单元用于在所述第一开关关断时截止，在所述第一开关导通时导通，以降低通过所述功率开关器件的电流。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述保护模块还包括：

第二单向元件，其阳极连接所述功率开关器件的栅极与所述驱动电阻之间，其阴极连接所述稳压单元的第一端。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述保护模块还包括：

第四电阻，其第一端连接至所述第二单向元件的阳极与所述驱动电阻之间，其第二端接地，用于减小功率开关器件的关断时的驱动电阻值。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

第一电容，其第一端连接所述第二单向元件的阳极与所述功率开关器件的栅极之间，用于降低所述功率开关器件的导通速度。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二电容，其第一端连接至所述退饱和检测引脚与所述第一电阻之间，其第二端接地，用于控制所述退饱和检测引脚的电压，进而控制所述退饱和检测引脚是否触发过流保护。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第三电容，其第一端连接所述驱动芯片的接地引脚，其第二端连接至所述驱动芯片的正压引脚和正压电源之间，所述第三电容用于对所述正压电源提供的电压进行滤波；

第四电容，其第一端连接至所述驱动芯片的正压引脚与所述正压电源之间，其第二端连接至所述驱动芯片的负压引脚与负压电源之间，所述第四电容用于对所述正压电源提供的电压和所述负压电源提供的电压进行滤波；

第五电容，其第一端接地，其第二端连接至所述驱动芯片的负压引脚与所述负压电源之间，所述第五电容用于对所述负压电源提供的电压进行滤波。

9.一种电器设备，包括功率开关器件及驱动芯片，其特征在于，所述电器设备还包括权利要求1至8中任一项所述的过流保护电路。

10.根据权利要求9所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备至少包括以下其中之一：

空调、洗衣机、冰箱、热水器、风扇、烘干机、空气净化器、***、纯水机。

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