Igbt短路检测保护电路及基于igbt的可控整流电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及基于IGBT的可控整流电路及保护电路，具体而言涉及一种IGBT短路检测保护电路及基于IGBT的可控整流电路。
【背景技术】
[0002]IGBT作为一种电子开关，绝大多数情况下用于开关直流电压(实现直流斩波)，因此当IGBT出现短路时，流过IGBT的电流始终为固定方向，因此只要按照这一电流方向设计相应的短路保护电路即可。而当IGBT用作交流电子开关时，若IGBT出现短路，则IGBT中的电流方向由IGBT两端的电压极性所决定，即当IGBT短路时电流的方向是不确定的，为了对IGBT进行全面的保护，就必须针对两个方向分别进行短路保护。常用的IGBT短路保护方法是通过检测IGBT的集电极与发射极之间的压降Vce，将其送入驱动光耦内的比较器的同相输入端，与反向输入端的一固定阀值进行比较。其原理是根据Vce与Ic之间的关系，当Ic迅速增大时，Vce跟着上升，其中Vce为集电极和发射极之间的压降，Ic为集电极和发射极之间的电流。因此，当Vce大于反向端的固定阀值时，表示IGBT出现短路，此时比较器翻转实现短路保护。但该方法只能实现固定电流方向的短路保护，而要实现对两个方向的短路保护就必须额外增加另一个方向的短路保护电路，相应的成本也大幅提高。
[0003]因此，为解决上述技术问题，有必要提出一种改进的IGBT双向短路检测保护电路。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种改进的IGBT双向短路检测保护电路，可以实现对两个反向串联IGBT的双向短路保护，而无需额外增加短路保护电路。
[0005]本实用新型的一个实施例提供一种IGBT短路检测保护电路，用于IGBT的短路检测以及保护，该电路包括:驱动单元，其用于生成PWM驱动信号以控制所述IGBT的导通；比较单元，其具有阈值引脚和检测引脚，所述阈值引脚与阈值电压连接，所述检测引脚通过二极管与所述IGBT的集电极连接，所述检测引脚为所述二极管提供检测电流，所述二极管的阴极与所述IGBT的集电极连接，其中，所述检测引脚处的电压大于所述阈值电压时，所述驱动单元控制所述IGBT关断。
[0006]进一步地，所述IGBT的发射极与参考地电压连接。
[0007]进一步地，所述驱动单元与比较单元集成在单一芯片内。
[0008]本实用新型的又一个实施例提供一种IGBT短路检测保护电路，用于对反向串联的一对IGBT进行短路检测保护，所述一对IGBT包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的发射极与所述第二 IGBT的发射极连接，该电路包括:驱动单元，其输出端输出PWM驱动信号，且与所述第一 IGBT和第二 IGBT的栅端连接，以同时控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的导通；比较单元，其具有阈值引脚和检测引脚，所述阈值引脚与阈值电压连接，所述检测引脚分别通过第一二极管和第二二极管与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极连接，所述检测引脚为所述第一二极管和第二二极管提供检测电流，所述第一二极管和第二二极管的阴极分别与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极连接，其中，所述检测引脚处的电压大于所述阈值电压时，所述驱动单元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT关断。
[0009]进一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极和发射极之间分别反向并联第一续流二极管和第二续流二极管。
[0010]进一步地，所述驱动单元与比较单元集成在单一芯片内。
[0011]本实用新型的另一个实施例提供一种基于IGBT的可控整流电路，该基于IGBT的可控整流电路包括:三相交流电源以及三组反相串联的IGBT单元，其中，每组反向串联的IGBT单元包括第一 IGBT和第二 IGBT，所述第一 IGBT的发射极与所述第二 IGBT的发射极连接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中之一的集电极与三相交流电源的其中一相连接，所述第一 IGBT和第二 IGBT其中另一集电极与另外两组的IGBT单元的其中之一的集电极连接，
[0012]其中每组IGBT单元还包括:驱动单元，其输出端输出PWM驱动信号，且与所述第一IGBT和第二 IGBT的栅端连接，以同时控制所述第一 IGBT和第二 IGBT的导通；比较单元，其具有阈值引脚和检测引脚，所述阈值引脚与阈值电压连接，所述检测引脚分别通过第一二极管和第二二极管与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极连接，所述检测引脚为所述第一二极管和第二二极管提供检测电流，所述第一二极管和第二二极管的阴极分别与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极连接，其中，所述检测引脚处的电压大于所述阈值电压时，所述驱动单元控制所述第一 IGBT和第二 IGBT关断。
[0013]进一步地，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极和发射极之间分别反向并联第一续流二极管和第二续流二极管。
[0014]进一步地，所述三相交流电源的每一相均通过电感与所述一组IGBT单元连接。
[0015]进一步地，所述驱动单元与比较单元集成在单一芯片内。
[0016]本实用新型的IGBT短路检测保护电路利用IGBT导通时，如果出现短路则电流方向由其两端电压的极性所决定的特点，仅通过为每个IGBT增加一个二极管，实现对两个反向串联IGBT的双向短路保护，而无需额外增加短路保护电路。
[0017]进一步地，本实用新型利用一个内含比较器的驱动芯片，同时实现对两个反向串联的IGBT的双向短路保护功能，该双向短路保护功能均由硬件触发，实现软关断，从而在简化电路的同时大大降低了成本，并提高了电路的稳定性。
【附图说明】
[0018]本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
[0019]附图中:
[0020]图1示出了根据本发明一实施例的IGBT短路检测保护电路的电路示意图；
[0021]图2示出了根据本发明一实施例的反向串联的IGBT对短路检测保护电路的电路示意图；
[0022]图3示出了根据本发明一实施例的基于IGBT可控整流电路的电路示意图；
[0023]图4用于说明图3所示可控整流电路中在第一电流方向的IGBT短路检测保护原理；
[0024]图5用于说明图3所示可控整流电路中在第二电流方向的IGBT短路检测保护原理；
[0025]图6不出了根据本发明另一实施例的基于IGBT整流电路的电路不意图。
【具体实施方式】
[0026]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0027]应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0028]为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本实用新型的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
[0029]基于前述原理:根据Vce与Ic之间的关系，当Ic迅速增大时，Vce跟着上升，本实用新型提供一种IGBT短路检测保护电路，用于IGBT的短路检测以及保护，如图1所示，该电路包括内含比较器的驱动芯片1C，所述驱动芯片可以输出PWM驱动信号来控制IGBT的导通和关断，即PMW驱动信号为高电平时，IGBT导通，PMW驱动信号为低电平时，IGBT关断。驱动芯片1C内的比较器具有阈值引脚和检测引脚Vdesat，所述阈值引脚为反相输入端，其与阈值电压连接，所述检测引脚Vdesat为同相输入端，其通过二极管D与IGBT的集电极C连接，所述检测引脚Vdesat通过驱动芯片内部的恒流源为所述二极管D提供检测电流，比如大小为250uA的检测电流，所述二极管D的阴极与所述IGBT的集电极C连接，IGBT的集电极C与输入电压连接，IGBT的发射极E与驱动信号参考地电压连接，当IGBT导通时，电流从集电极流向发射极，此时二极管D也导通，检测引脚Vdesat的输入电压为二极管D的压降+IGBT集电极和发射极之间的压降Vce，如果IGBT出现短路，则集电极和发射极之间的电流Ic增大，因而集电极和发射极之间的压降Vce也增大，当所述检测引脚处Vdesat的电压大于所述阈值电压，比如图1中所述7V时，驱动芯片内的比较器翻转，进而驱动芯片输出的PWM驱动信号变为低电平，所述IGBT关断，实现短路保护。
[0030]基于上述IGBT短路检测保护电路，本实用新型还提供一种IGBT短路检测保护电路，用于对反相串联的一对IGBT进行短路检测保护，如图2所示，所述一对IGBT包括第一IGBT (IGBT 1)和第二 IGBT (IGBT 2)，所述第一 IGBT的发射极E与所述第二 IGBT的发射极E连接，所述第一 IGBT的集电极与输入电压连接。内含比较器的驱动芯片1C输出端输出PWM驱动信号，且与所述第一 IGBT和第二 IGBT的栅端连接，以同时控制所述第一 IGBT和第二IGBT的导通。驱动芯片1C内的比较器具有阈值引脚和检测引脚Vdesat，所述阈值引脚与阈值电压连接，所述检测引脚Vdesat分别通过第一高压隔离二极管D1和第二高压隔离二极管D3与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极连接，所述检测引脚Vdesat为所述第一高压隔离二极管D1和第二高压隔离二极管D3提供检测电流，所述第一高压隔离二极管D1和第二高压隔离二极管D3的阴极分别与所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极C连接。
[0031]此外，在所述第一 IGBT和第二 IGBT的集电极C和发射极E之间分别反向并联第一续流二极管D2和第二续流二极管D4。此处的所谓反向并联，即所述IGBT和所述续流二极管之间只有一个可以导通。
[0032]其中，所述检测引脚Vdesat输入的电压大于所述阈值电压时，所述驱动芯片1C输出的PWM驱动信号变为低电平，所述第一 IGBT和第二 IGBT关断。具体地，当电流按照IGBT1 —续流二极管D4方向流动时，第一方向电流的Vce电压获取单元D1会实时获取IGBT1两端的压降，并将其送入比较器的同相输入端Vdesat与反向输入端的阀值进行比较，从而实现第一方向电流的短路保护；当电流按照IGBT2 —续流二极管单元D2方向流动时，第二方向电流的Vce电压获取单元D3会实时获取IGBT2两端的压降，并