阅读说明：本技术 Igbt驱动短路保护检测电路 (IGBT drives short-circuit protection detection circuit ) 是由 赵晨凯 李艳伟 王亮亮 梁海刚 俞晓丽 王翠云 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及IGBT的保护电路,具体为IGBT驱动短路保护检测电路。解决现有IGBT驱动短路保护检测电路短路保护时间受母线电压影响,易造成短路保护不及时的问题。该电路包括第一与非门U4,驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路,IGBT集射极电压状态采集电路；驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路的输出端TP-CMD-H与第一与非门U4的第一输入端相连,驱动板输入脉冲信号CMD-H接入第一与非门U4的第二输入端,IGBT集射极电压状态采集电路的输出端HZ_Vce与第一与非门U4的第三输入端相连,第一与非门U4的输出端作为IGBT驱动短路保护检测电路的输出FAILb。本发明无论母线电压变大或变小,短路保护的响应时间不变。(The present invention relates to the protection circuit of IGBT, specially IGBT drives short-circuit protection detection circuit.Solve the problem of that the existing IGBT driving short-circuit protection detection circuit short-circuit protection time is influenced to easily cause short-circuit protection not in time by busbar voltage.The circuit includes the first NAND gate U4, driving plate input pulse signal CMD-H processing circuit, IGBT collection emitter voltage state acquisition circuit；The output end TP-CMD-H of driving plate input pulse signal CMD-H processing circuit is connected with the first input end of the first NAND gate U4; driving plate input pulse signal CMD-H accesses the second input terminal of the first NAND gate U4; the output end HZ_Vce of IGBT collection emitter voltage state acquisition circuit is connected with the third input terminal of the first NAND gate U4, output FAILb of the output end of the first NAND gate U4 as IGBT driving short-circuit protection detection circuit.No matter busbar voltage becomes larger or becomes smaller the present invention, and the response time of short-circuit protection is constant.)

IGBT驱动短路保护检测电路

技术领域

本发明涉及IGBT的保护电路，具体为IGBT驱动短路保护检测电路。

背景技术

IGBT在现代电力电子技术中得到越来越广泛的应用，IGBT的驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，其性能的好坏对整个电路的工作性能有很大的影响。在开关电源装置中，由于IGBT工作在高频、高压、大电流的条件下，使IGBT很容易损坏。因而，IGBT的保护电路的设计显得极为重要。

IGBT的短路保护通常指的是短路回路中电感量较小时，回路电流快速上升，当电流上升到一定数值（一般为4-6倍的额定电流）时，发生退饱和现象，此时IGBT集-射极的电压为母线电压，IGBT的损耗非常大，一般而言IGBT最多承受10us的短路状态，驱动电路要在10us以内把IGBT完全关闭，此时的保护对IGBT而言是完全安全的。当发生退饱和现象时，IGBT的集电极发射极电压从几伏上升到母线电压，变化非常明显，所以可以根据IGBT集电极发射极间的电压来判断是否发生短路。

图1为现有的IGBT驱动短路保护检测电路原理图，其工作原理为：

a）当IGBT关断时，MOSFET管Q开通，电容Ca上电压被嵌位在0V，比较器不翻转；

b)当IGBT开通时，MOSFET管Q关掉，C点电位（IGBT集电极发射极间的电压）通过电阻Rvce及电阻Rm向电容Ca充电，A点电位最终为IGBT的饱和压降，比较器不翻转；

c)当IGBT短路时，C点电位（集射极电压）升至母线电压，通过电阻Rvce及电阻Rm给电容Ca充电，使得A点电位迅速提高，15V电源作为负载源，最终A点电位等于15 V加上二极管Dm的压降，再减去 电阻Rm上的压降，经过响应时间后，比较器翻转，驱动板报出故障，进而根据该故障信号控制IGBT门极电压为负，关断IGBT。因为发生短路时，IGBT只能承受10us的时间，在10us内比较器就要反转，所以Rm和Ca用来调整响应时间。

从上述工作过程可以看出，母线电压不同可能造成IGBT短路保护时间不同。而母线电压高时，短路保护时间会小于10us，但在母线电压较低时短路保护时间会大于10us，造成短路保护不及时，损坏IGBT。

发明内容

本发明解决现有IGBT驱动短路保护检测电路短路保护时间受母线电压影响，易造成短路保护不及时的问题，提供一种IGBT驱动短路保护检测电路。该电路无论母线电压如何变化，发生短路时，短路保护响应时间都为10us（可设定固定值）,即驱动器都能在10us内将IGBT关断。

本发明是采用如下技术方案实现的: IGBT驱动短路保护检测电路,包括第一与非门U4，驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路，IGBT集射极电压状态采集电路；驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路的输出端TP-CMD-H与第一与非门U4的第一输入端相连，驱动板输入脉冲信号CMD-H接入第一与非门U4的第二输入端，IGBT集射极电压状态采集电路的输出端HZ_Vce与第一与非门U4的第三输入端相连，第一与非门U4的输出端作为IGBT驱动短路保护检测电路的输出FAILb；

驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路包括第一比较器U1和第二与非门U2，第一比较器U1的同相端设有由第三电阻R3和第五电阻R5串联而成的第一分压支路，第一分压支路的一端接电源、另一端接地，第三电阻R3和第五电阻R5之间的连接节点与第一比较器U1的同相端连接；第一比较器U1的反相端设有充放电支路，充放电支路有由第二电阻R2和第一电容C1串联而成的充电支路，充电支路的第二电阻R2一端与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连、另一端（即第一电容C1一端）接地，第二电阻R2和第一电容C1之间的连接节点与第一比较器U1的反相端相连；充放电支路还有由第一电阻R1和第一二极管D1串联而成的放电支路，放电支路并联于第二电阻R2的两端且第一二极管D1的阴极与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连；第一比较器U1的输出端（经第六电阻R6）与第二与非门U2的一个输入端相连，第二与非门U2的另一个输入端与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连；第二与非门U2的输出端作为驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路的输出端TP-CMD-H；

IGBT集射极电压状态采集电路包括第二比较器U3，第二比较器U3的同相端设有由第七电阻R7和第八电阻R8串联而成的第二分压支路，第二分压支路的两端分别与IGBT的集电极、发射极相连，第七电阻R7和第八电阻R8之间的连接节点与第二比较器U3的同相端连接；第二比较器U3的反相端设有由第九电阻R9和第十电阻R10串联而成的第三分压支路，第三分压支路的一端连接电源、另一端连接IGBT的发射极，第九电阻R9和第十电阻R10之间的连接节点与第二比较器U3的反相端相连；第二比较器U3的输出端作为IGBT集射极电压状态采集电路的输出端Hz_Vce。

工作时，IGBT的集射极电压高于500V时，Hz_Vce为高（15V）；IGBT的集射极电压低于500V时，Hz_Vce为0V。

（1）当CMD-H为低时，TP-CMD-H为高电平；当CMD-H由低变高时，R2、C1构成的充电支路形成上升沿延迟电路，刚开始U1的反相端为低电平不反转，此时TP-CMD-H为低电平；当经过一定响应时间后，U1的反相端变为高电平，U1反转，此时TP-CMD-H为高电平；该响应时间由R2、C1组成的充电支路及U1的反转电压决定，通常设置为10us。当驱动板输入脉冲信号CMD-H由高变低时，电容C1经R1、D1构成的放电支路放电。

（2）如图3第一个脉冲，当CMD-H由低变高，IGBT正常工作时，TP-CMD-H变为低电平，此时IGBT还没来得及开通，集射极电压为高，故Hz_Vce为高，此时FAILb为高电平，无故障发生；当经过一定延迟后IGBT开通，IGBT集射极电压为低，故Hz_Vce为低，此时FAILb为高电平，无故障发生；当CMD-H为低时，TP-CMD-H为高电平，此时IGBT关断，集射极电压为高，故Hz_Vce为高，此时FAILb为高电平，无故障发生。

（3）如图3第二个脉冲，当CMD-H由低变高，IGBT发生短路时，集射极电压升至母线电压，Hz_Vce为高电平，此时CMD-H为高，但由于此时TP-CMD-H为低电平，故此时FAILb为高电平，无故障发生，当经过响应时间后，TP-CMD-H为高电平，故FAILb为低电平，驱动板报出短路故障，进而驱动的门极电压为负，关断IGBT。

本发明克服了现有技术的驱动短路保护响应时间受母线电压影响的问题，能够保证无论母线电压变大或变小时，短路保护的响应时间不变，进而能及时的保护IGBT，提高产品的可靠性。

附图说明

图1为现有技术的电路原理图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为本发明工作时的时钟逻辑图。

具体实施方式

IGBT驱动短路保护检测电路,包括第一与非门U4，驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路，IGBT集射极电压状态采集电路；驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路的输出端TP-CMD-H与第一与非门U4的第一输入端相连，驱动板输入脉冲信号CMD-H接入第一与非门U4的第二输入端，IGBT集射极电压状态采集电路的输出端HZ_Vce与第一与非门U4的第三输入端相连，第一与非门U4的输出端作为IGBT驱动短路保护检测电路的输出FAILb；

驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路包括第一比较器U1和第二与非门U2，第一比较器U1的同相端设有由第三电阻R3和第五电阻R5串联而成的第一分压支路，第一分压支路的一端接电源、另一端接地，第三电阻R3和第五电阻R5之间的连接节点与第一比较器U1的同相端连接；第一比较器U1的反相端设有充放电支路，充放电支路有由第二电阻R2和第一电容C1串联而成的充电支路，充电支路的第二电阻R2一端与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连、另一端（即第一电容C1一端）接地，第二电阻R2和第一电容C1之间的连接节点与第一比较器U1的反相端相连；充放电支路还有由第一电阻R1和第一二极管D1串联而成的放电支路，放电支路并联于第二电阻R2的两端且第一二极管D1的阴极与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连；第一比较器U1的输出端（经第六电阻R6）与第二与非门U2的一个输入端相连，第二与非门U2的另一个输入端与驱动板输入脉冲信号CMD-H相连；第二与非门U2的输出端作为驱动板输入脉冲信号CMD-H处理电路的输出端TP-CMD-H；

IGBT集射极电压状态采集电路包括第二比较器U3，第二比较器U3的同相端设有由第七电阻R7和第八电阻R8串联而成的第二分压支路，第二分压支路的两端分别与IGBT的集电极、发射极相连，第七电阻R7和第八电阻R8之间的连接节点与第二比较器U3的同相端连接；第二比较器U3的反相端设有由第九电阻R9和第十电阻R10串联而成的第三分压支路，第三分压支路的一端连接电源、另一端连接IGBT的发射极，第九电阻R9和第十电阻R10之间的连接节点与第二比较器U3的反相端相连；第二比较器U3的输出端作为IGBT集射极电压状态采集电路的输出端HZ_Vce。

具体实施时，电源为15V。