專利名稱:一種大功率管的保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】一種大功率管的保護(hù)電路，在大功率管的輸入端連接驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號為來自主控模塊的脈沖信號，還包括：具有第一分壓點(diǎn)F1和第二分壓點(diǎn)F2的分壓電路，連接在大功率管輸入端與地之間；第一二極管，它的負(fù)極連接大功率管的負(fù)載端，正極連接所述分壓電路的第一分壓點(diǎn)F1；及，一比較器，它的輸入端接所述分壓電路的第二分壓點(diǎn)F2，比較端接與大功率管的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值相適應(yīng)的一預(yù)設(shè)比較電壓，輸出信號接主控模塊的一輸入端，由主控模塊依據(jù)該輸出信號判斷允許或禁止向所述驅(qū)動(dòng)電路提供脈沖信號。該保護(hù)電路比功率器件現(xiàn)有保護(hù)方式的電路簡化，可靠性提高，廣泛用于電磁爐及其它電磁加熱裝置中IGBT等功率器件的保護(hù)。
【專利說明】_種大功率管的保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及用于電磁爐、微波爐等電子產(chǎn)品中的一種大功率管的保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]在電磁爐、微波爐及其它電磁加熱裝置等電子產(chǎn)品中，多采用IGBT等推動(dòng)負(fù)載工作。大功率管在控制負(fù)載的時(shí)候，常常因?yàn)樨?fù)載短路、交流電源的浪涌電流(或電壓)干擾等其他原因，會造成電流過大快速發(fā)熱而燒毀大功率管，所以對大功率管的保護(hù)尤為重要。目前市面上普遍使用電流互感器，康銅絲，霍爾電流傳感器等電流采樣器件對大功率管進(jìn)行電流采樣而進(jìn)行功率管的過流或短路保護(hù)，主要存在電路復(fù)雜可靠性不高，成本高的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決電子產(chǎn)品中現(xiàn)有大功率管保護(hù)技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型提供一種改進(jìn)大功率管的保護(hù)電路，以確保IGBT大功率器件在電磁爐、微波爐及其它電磁加熱裝置等電子產(chǎn)品中可靠運(yùn)行。
[0004]本實(shí)用新型大功率管的保護(hù)電路是以下述方案實(shí)現(xiàn)的，使大功率管的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，該驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號為來自一個(gè)主控模塊的脈沖信號；該保護(hù)電路進(jìn)一步包括:
[0005]分壓電路，該分壓電路具有第一分壓點(diǎn)Fl和第二分壓點(diǎn)F2，連接在大功率管輸入端(即驅(qū)動(dòng)電路的輸出端)與地之間；
[0006]第一二極管，它的負(fù)極連接大功率管的負(fù)載端，正極連接所述分壓電路的第一分壓點(diǎn)Fl ;以及
[0007]比較器，它的輸入端接所述分壓電路的第二分壓點(diǎn)F2，比較端接與大功率管的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值相適應(yīng)的一個(gè)預(yù)設(shè)比較電壓，輸出信號接主控模塊的一個(gè)輸入端，由主控模塊依據(jù)該輸出信號判斷允許或禁止向所述驅(qū)動(dòng)電路提供脈沖信號。
[0008]所述比較器的輸出信號還可連接所述驅(qū)動(dòng)電路的控制端。
[0009]當(dāng)大功率管的飽和壓降大于等于所述設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值時(shí)，第一二極管截止，所述第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2高于所述比較器的比較端的預(yù)設(shè)比較電壓，所述比較器反轉(zhuǎn)禁止主控模塊輸出功率管驅(qū)動(dòng)脈沖信號；否則，第一二極管導(dǎo)通，所述第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2低于所述比較器的比較端的預(yù)設(shè)比較電壓，所述比較器的輸出信號允許主控模塊輸出功率管驅(qū)動(dòng)脈沖信號。
[0010]其中，連接在大功率管輸入端與電源地之間所述分壓電路可以有多種選擇方案。優(yōu)選方案1，所述分壓電路由第一電阻R1、第二電阻R2、第二二極管D2和第三電阻R3依次串聯(lián)組成，第一電阻Rl和第二電阻R2的公共端作為第一分壓點(diǎn)F1，第二二極管D2負(fù)極和第三電阻R3的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2。
[0011]優(yōu)選方案2，所述分壓電路也可由第一電阻R1、穩(wěn)壓管、第二二極管D2和第三電阻R3依次串聯(lián)組成，第一電阻Rl和穩(wěn)壓管的公共端作為第一分壓點(diǎn)F1，第二二極管D2負(fù)極和第三電阻R3的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2。
[0012]所述大功率管的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值為該大功率管的飽和壓降值的1.2-1.5倍。
[0013]所述大功率管為大功率三極管、MOS管或IGBT管等。
[0014]所述主控模塊可以是電磁爐主控制板(具有MCU)，微波爐主控制板及其它電磁加
[0015]熱裝置的主控制板等。
[0016]在電磁爐中大功率管通常選為IGBT，IGBT的柵極(輸入端)連接驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，IGBT的集電極與電源VDD之間連接電磁線圈L，發(fā)射極接電源地，該驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號為來自電磁爐主控制板的可編程脈沖信號，通過上述保護(hù)電路可以對IGBT有效保護(hù)。
[0017]本實(shí)用新型直接在大功率管的輸入端(驅(qū)動(dòng)電路的輸出端)與地之間連接分壓電路，并在其第一分壓點(diǎn)Fl與IGBT的集電極之間設(shè)置第一二極管，該分壓電路與第一二極管配合，正常工作時(shí)無論驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平還是低電平，分壓電路的第二分壓點(diǎn)F2的電壓接近于接地電位，低于比較器的比較端接入的預(yù)設(shè)比較電壓，比較器輸出高電平信號，允許電磁爐主控制板輸出可編程脈沖信號驅(qū)動(dòng)IGBT正常工作。一旦IGBT的飽和壓降升高到大于等于設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值時(shí)，第一二極管反向截止，驅(qū)動(dòng)電路輸出的高電平經(jīng)分壓電路，使第二分壓點(diǎn)F2的電壓高于比較器比較端的預(yù)設(shè)比較電壓，比較器反轉(zhuǎn)輸出高電平信號進(jìn)而馬上禁止電磁爐主控制板繼續(xù)輸出可編程脈沖信號，關(guān)斷IGBT。.
[0018]保護(hù)電路比功率器件現(xiàn)有保護(hù)方式的電路簡化，可靠性提高，廣泛用于電磁爐及其它電磁加熱裝置中IGBT等功率器件的保護(hù)。

【附圖說明】

[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1 IGBT保護(hù)電路圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2 IGBT保護(hù)電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步作如下詳細(xì)說明。
[0022]參照圖1，實(shí)施例1 IGBT的保護(hù)電路已在電磁爐中實(shí)際使用。圖1中IGBT的柵極連接驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，IGBT的集電極與電源VDD之間連接電磁線圈L (負(fù)載)，發(fā)射極接電源地，驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號為來自電磁爐主控制板(具有MCU)的可編程脈沖信號。
[0023]保護(hù)電路主要包括分壓電路、二極管Dl以及比較器等。該分壓電路具有第一分壓點(diǎn)Fl和第二分壓點(diǎn)F2，它連接在大功率管輸入端(即驅(qū)動(dòng)電路的輸出端)與地之間。
[0024]圖1中，分壓電路由電阻R1、電阻R2、二極管D2和電阻R3依次串聯(lián)組成，電阻Rl和電阻R2的公共端作為第一分壓點(diǎn)Fl，二極管D2負(fù)極和電阻R3的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2，分壓電路連接在IGBT輸入端與地之間。
[0025]二極管Dl的負(fù)極連接IGBT的集電極，二極管Dl的正極連接到分壓電路的第一分壓點(diǎn)Fl (即電阻Rl和電阻R2的公共端)。
[0026]比較器的輸入端接所述分壓電路的第二分壓點(diǎn)F2(即二極管D2負(fù)極和電阻R3的公共端點(diǎn))，比較端接與IGBT的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值相適應(yīng)的一個(gè)預(yù)設(shè)比較電壓，比較器的輸出信號接電磁爐主控制板的一輸入端子，由電磁爐主控制板依據(jù)比較器的輸出信號判斷允許或禁止向驅(qū)動(dòng)電路提供脈沖信號。
[0027]IGBT的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值為IGBT管的飽和壓降值的1.2-1.5倍。
[0028]圖2實(shí)施例2 IGBT保護(hù)電路主要結(jié)構(gòu)與圖1實(shí)施例1基本相同，區(qū)別是采用了另一種分壓電路。圖2中的分壓電路由電阻R1、穩(wěn)壓管W、二極管D2和電阻R3依次串聯(lián)組成，電阻Rl和穩(wěn)壓管W的公共端作為第一分壓點(diǎn)F1，二極管D2負(fù)極和電阻R3的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2，分壓電路連接在IGBT輸入端與地之間。圖2中，比較器的輸出信號還連接到所述驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)控制端，用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)電路輸出的控制。
[0029]結(jié)合圖1說明上述保護(hù)電路對IGBT的保護(hù)原理。IGBT正常工作情況下，電磁爐主控制板輸出可編程脈沖信號，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT、電磁線圈工作。
[0030]驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平時(shí)，IGBT導(dǎo)通，電磁線圈下端通過IGBT直接與地線相通，電磁線圈下端的電位接近于接地端電位。此時(shí)，雖然驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平，但是電阻Rl與R2公共端(即第一分壓點(diǎn)Fl)的電平通過二極管Dl被IGBT拉到接近于接地端電位，比較器過電阻R2、二極管D2和電阻R3分壓，使第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2接近于接地端電位，電壓Vf2低于比較端接入的預(yù)設(shè)比較電壓，比較器輸出高電平信號，允許電磁爐主控制板輸出可編程脈沖信號，驅(qū)動(dòng)IGBT正常工作。
[0031]正常工作情況下，驅(qū)動(dòng)電路輸出低電平時(shí)，IGBT截止，IGBT的集電極的電位接近電源端的高電平電位。但是此高電平使二極管Dl反向截止，因此通過R1、R2、D2、R3分壓，第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2仍然接近于接地端電位，Vf2低于比較端接入的預(yù)設(shè)比較電壓，比較電路輸出高電平信號，允許電磁爐主控制板輸出可編程脈沖信號，驅(qū)動(dòng)IGBT正常工作。
[0032]當(dāng)電磁線圈負(fù)載出現(xiàn)短路，或阻抗變小等不正常的情況下，驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平控制IGBT導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)椴徽５呢?fù)載輸向IGBT的電流急劇增加，IGBT的飽和壓降也會極度升高，如果沒有管控，IGBT就會進(jìn)入崩潰燒毀狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，一旦IGBT的飽和壓降升高到大于等于所述設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值時(shí)，二極管Dl就會進(jìn)入反向截止，驅(qū)動(dòng)電路輸出的高電平通過Rl、R2、D2、R3的分壓，使所述第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2高于比較電路比較端的預(yù)設(shè)比較電壓，比較電路反轉(zhuǎn)輸出高電平信號進(jìn)而馬上禁止電磁爐主控制板繼續(xù)輸出可編程脈沖信號，關(guān)斷IGBT，從而IGBT在進(jìn)入崩潰以前得到中斷工作的保護(hù)。
[0033]本設(shè)計(jì)中，比較電壓的比較端的預(yù)設(shè)比較電壓是與IGBT的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值相適應(yīng)的，R1、R2、R3取不同的數(shù)值可以確定所述第二分壓點(diǎn)F2的電壓Vf2 (即比較器的輸入電壓)，當(dāng)電壓Vf2大于等于比較電路的比較端的預(yù)設(shè)比較電壓時(shí)，比較電路反轉(zhuǎn)輸出高電平信號。
[0034]在本設(shè)計(jì)中，電磁爐主控制板的主控MCU內(nèi)部有編程控制，能夠控制接受比較電路信號后的反應(yīng)速度和失去比較電路信號后的恢復(fù)正常工作的速度，用于防止誤動(dòng)作和防止頻繁在保護(hù)、恢復(fù)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0035]本設(shè)計(jì)已經(jīng)在變頻電磁加熱技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用，本設(shè)計(jì)控制的大功率器件可以是大功率三極管、MOS (MOSFET)管和IGBT管等。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率管的保護(hù)電路，在大功率管的輸入端連接驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號為來自主控模塊的脈沖信號，其特征是，包括: 分壓電路，該分壓電路具有第一分壓點(diǎn)Fl和第二分壓點(diǎn)F2，連接在大功率管輸入端與地之間； 第一二極管，它的負(fù)極連接大功率管的負(fù)載端，正極連接所述分壓電路的第一分壓點(diǎn)Fl ?’及 比較器，它的輸入端接所述分壓電路的第二分壓點(diǎn)F2，比較端接與大功率管的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值相適應(yīng)的一預(yù)設(shè)比較電壓，輸出信號接主控模塊的一輸入端，由主控模塊依據(jù)該輸出信號判斷允許或禁止向所述驅(qū)動(dòng)電路提供脈沖信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征是，所述分壓電路由第一電阻、第二電阻、第二二極管和第三電阻依次串聯(lián)組成，第一電阻和第二電阻的公共端作為第一分壓點(diǎn)F1，第二二極管負(fù)極和第三電阻的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征是，所述分壓電路由第一電阻、穩(wěn)壓管、第二二極管和第三電阻依次串聯(lián)組成，第一電阻和穩(wěn)壓管的公共端作為第一分壓點(diǎn)F1，第二二極管負(fù)極和第三電阻的公共端點(diǎn)作為第二分壓點(diǎn)F2。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的保護(hù)電路，其特征是，當(dāng)大功率管的飽和壓降大于等于所述設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值時(shí)，第一二極管截止，所述第二分壓點(diǎn)F2的電壓VF2高于所述比較器的比較端的預(yù)設(shè)比較電壓，所述比較器反轉(zhuǎn)禁止主控模塊輸出脈沖信號；否則，第一二極管導(dǎo)通，所述比較器的輸出信號允許主控模塊輸出脈沖信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的保護(hù)電路，其特征是，所述大功率管的設(shè)定保護(hù)飽和壓降閾值為該大功率管的飽和壓降值的1.2-1.5倍。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征是，所述比較器的輸出信號還連接所述驅(qū)動(dòng)電路的控制端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征是，所述大功率管為大功率三極管、MOS管或IGBT管。
【文檔編號】H02H3-20GK204271623SQ201420707691
【發(fā)明者】丘守慶, 許申生, 劉春光, 陳勁鋒, 唐德強(qiáng) [申請人]深圳市鑫匯科股份有限公司