CN2221267Y - 保护功率半导体器件的装置 - Google Patents

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Abstract

保护功率半导体器件1(IGBT、MOSFET、VMOS、SIT、SITH、MCT等)的装置，由比较器2、热敏电阻10、驱动器13、二极管14组成。 保护功率半导体器件1过电流的动作值与其耐受值相吻合，其在常温下的可应用电流和可利用率得到提高，还能通过监测IGBT1的通态压降来准确检测过电流，同时能保护功率半导体器件1的过电流和过热，其构造简单、造价低廉、易于安装。 适用于电机调速控制器、逆变器、高频加热电源、不间断电源、逆变焊机、开关电源、快速充电机、电磁灶等产品中。

Description

保护功率半导体器件的装置
本发明涉及保护功率半导体器件1(如IGBT、MOSFET、VMOS、SIT、SITH、MCT)不被过载(如过电流)损坏的装置。
现有保护功率半导体器件1过电流的装置，如《电气自动化》杂志93年5期《用UAA4002驱动的单管GTR直流斩波调速***》一文中所述的装置，通过对功率半导体器件1过电流的检测、比较来实现过电流保护，其过电流保护动作值与温度无关。由于功率半导体器件1对过电流的耐受值随其温度变化而变化的幅度很大，保护功率半导体器件1过电流的动作值总是与其对过电流的耐受值存在较大差距。尤其在通过监测功率半导体器件1的通态压降来检测过电流时，因功率半导体器件1(如IGBT)的通态压降随过电流的变化不明显，保护功率半导体器件1过电流的动作值就更难与其对过电流的耐受值吻合。
本发明的目的是推出一种保护功率半导体器件1的过电流动作值能与随温度变化的过电流耐受值吻合，通过监测功率半导体器件1(如IGBT)的通态压降也能准确保护功率半导体器件1过电流的装置。
本发明保护功率半导体器件1的装置，包含有比较器2、检测功率半导体器件1过电流的器件3、检测功率半导体器件1温度的传感器4，比较器2的输出端直接或通过控制器5连接功率半导体器件1的控制极，器件3和传感器4与比较器2的输入端连接。传感器4上反映温度的信号与器件3上反映过电流的信号相互作用，使比较器2保护功率半导体器件1过电流的动作值跟随随功率半导体器件1温度变化的过电流耐受值的变化而变化，功率半导体器件1处在各种温度下，比较器2都在功率半导体器件1的过电流超过其在该温度下所能耐受的过电流值时动作，并直接或通过控制器5保护功率半导体器件1。本发明中的器件3和传感器4可以直接或通过电子元件(如电阻6)与比较器2的同一输入端连接或分别与比较器2的两输入端连接。器件3可以与传感器4串联或通过电子元件(如电阻7)连接。器件3可以是电流传感器(如电阻8或霍尔器件9)。传感器4可以是热敏元件(如热敏电阻10或PTC元件11)。器件3或传感器4可以是组合器件(如热敏电阻10与PTC元件11组合)。控制器5可以是电子元件(如电阻12)或驱动器13或包括电阻12。比较器2可以制作在控制器5或驱动器13中。
本发明保护功率半导体器件1的装置中的传感器4可以连接在功率半导体器件1的一端(如集电极或漏极)与器件3之间，器件3的另一端可以直接或通过电子元件(如电阻6)连接比较器2的输入端。器件3可以是二极管14或电阻。比较器2通过二极管14或电阻以及传感器4监测功率半导体器件1的通态压降来检测过电流，传感器4上反映功率半导体器件1温度的信号与通态压降信号叠加或作用，使比较器2保护功率半导体器件1过电流的动作值跟随随功率半导体器件1温度变化的过电流耐受值的变化而变化。由于功率半导体器件1的温度随电流的增加而上升，反映功率半导体器件1温度的信号与其通态压降叠加的信号随过电流变化较明显，使比较器2保护功率半导体器件1过电流的动作值能够设定准确。功率半导体器件1在各种温度下，比较器2都能在功率半导体器件1的过电流超过其在该温度下所能耐受的过电流值时动作，直接或通过控制器5保护功率半导体器件1。上述装置中的传感器地可以连接在比较器2的另一输入端，同样具有上述功效。
选用传感器4，可使本发明的装置能同时保护功率半导体器件1的过电流和过热。本发明的装置也可以制作在集成电路中。
与现有装置相比，本发明装置的有益效果是：保护功率半导体器件1过电流的动作值与随其温度变化的过电流耐受值吻合，使功率半导体器件1在常温下的可运行电流值大为增加，功率半导体器件1的利用率得以提高；通过监测功率半导体器件1(如IGBT)的通态压降来检测过电流的动作值能够设定准确。本发明的装置不仅构造简单，造价低廉，还能同时保护功率半导体器件1的过电流和过热。
图1是本发明装置的一种框图，图2是发明装置的又一种框图，图3、4、5、6分别是本发明装置的四种实施例电路图。
在图1的本发明装置中，检测功率半导体器件1过电流的器件3和检测功率半导体器件1温度的传感器4直接(A线)或通过电子元件(电阻6)(B线)与比较器2的同一输入端连接(C线)或分别与比较器2的两输入端连接(D线)，比较器2的输出端直接(E线)或通过控制器5(F线)与功率半导体器件1的控制极连接。
在图2的本发明装置中，传感器4连接在功率半导体器件1的一端(如集电极或漏极)与器件3之间，器件3的另一端直接(A线)或通过电子元件(电阻6)(B线)连接比较器3的输入端，其余部份同图1。
在图3的本发明装置中，由热敏电阻10与PTC元件11组合的传感器4连接在功率半导体器件1(IGBT)的一端(集电极)与器件3(二级管14)之间，二极管14的另一端通过电子元件(电阻6)连接比较器2的输入端，比较器2的输出端通过控制器5(电阻12和驱动器13《集成电路IR2125》)连接IGBT1的控制极，比较器2制作在IR2125中。比较器2通过二极管14、PTC元件11、热敏电阻10监测IGBT1的通态压降来检测过电流，热敏电阻10和PTC元件11上反映IGBT1温度的电压信号与其通态压降信号叠加，使比较器2保护IGBT1过电流的动作值跟随随IGBT1温度变化的过电流耐受值的变化而变化。由于IGBT1的温度在IGBT1过电流时显著上升，使比较器2能准确地在IGBT1过电流时动作，通过IR212S和电阻12保护IGBT1。PTC元件11在IG8T1过热时显著变化的特性也使比较器2动作，保护IGBT1过热。热敏电阻10和PTC元件11连接ICBT1集电极易于检测其温度。
在图4的本发明装置中，PTC元件11连接在功率半导体器件1(GTR)的一端(集电极)与二极管14之间，二极管14的另一端连接比较器2的输入端，热敏电阻10连接在比较器2的另一输入端与GTR1的发射极之间，比较器2的输出端通过驱动器13(集成电路UAA4002)连接GTR1的基极，比较器2制作在UAA4002中。其原理与功效与图3相同。
在图5的本发明装置中，器件3(电阻8)通过电子元件(电阻7)连接传感器4(热敏电阻10)，电阻7与热敏电阻10的连接点连接比较器2的输入端M，比较器2的另一输入端N连接动作设定电压，比较器2的输出端通过控制器5(驱动器13：IR2110和电阻12)连接功率半导体器件1(MOSFET)的控制极。电阻8上反映MOSFET1过电流的信号通过电阻7与热敏电阻10上反映MOSFET1温度的信号作用，使比较器2保护MOSFET1过电流的动作值随MOSFET1的温度上升而下降，MOSFET1的温度或过电流超过其耐受值，比较器2都通过IR2110和电阻12保护MOSFET1。MOSFET1在常温下的可应用电流和可利用率得到大幅度提高。
在图6的本发明装置中，除功率半导体器件1是VMOS和器件3是霍尔器件9以外，其余部份都与图5相同，功效也与图5相同。

Claims (5)

1、保护功率半导体器件1的装置，包含有比较器2、检测功率半导体器件1过电流的器件3、检测功率半导体器件1温度的传感器4，比较器2的输出端    通过控制器5连接功率半导体器件1的控制极，其特征是：器件3和传感器4与比较器2的输入端连接。
2、如权利要求1所述的装置，其特征是：比较器2的输出端直接连接功率半导体器件1的控制极。
3、如权利要求1所述的装置，其特征是：器件3与传感器4串联。
4、如权利要求1所述的装置，其特征是：传感器4连接在功率半导体器件1的一端与器件3之间，器件3的另一端直接或通过电子元件连接比较器2的输入端。
5、如权利要求4所述的装置，其特征是：传感器4连接在比较器2的另一输入端。
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