專利名稱：能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能保護(hù)變流器(如控制電機(jī)的變流器)中的變流半導(dǎo)體開關(guān)1(如GTR、GTO、MOS、IGBT、MCT)不被過電流過電壓所損壞的驅(qū)動(dòng)器。
半導(dǎo)體開關(guān)在過流過壓或短路時(shí)易損壞。《國(guó)外電氣自動(dòng)化》雜志91年5期《逆變器回路中IGBT模塊的保護(hù)技術(shù)》一文，述及日本富士公司產(chǎn)品EXB系列驅(qū)動(dòng)器通過監(jiān)測(cè)IGBT的通態(tài)壓降識(shí)別過電流，用慢關(guān)斷電路關(guān)斷過電流來(lái)保護(hù)IGBT。該產(chǎn)品在輸入窄脈寬開通信號(hào)時(shí)不能識(shí)別過電流和不能慢關(guān)斷過電流，其也不能鑒別出是過電流或是短路電流而采用不同方式保護(hù)。其存在保護(hù)死區(qū)和保護(hù)功能缺陷。
本發(fā)明要推出在輸入窄脈寬開通信號(hào)時(shí)能通過監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)通態(tài)壓降識(shí)別過電流的驅(qū)動(dòng)器；推出能在任何情況下慢關(guān)斷過電流的驅(qū)動(dòng)器；推出通過監(jiān)測(cè)通態(tài)壓降能鑒別出不同值過電流的驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明推出的產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)器2主要由半導(dǎo)體元件和無(wú)源元件構(gòu)成，在驅(qū)動(dòng)器2的輸入與輸出端之間連接有開關(guān)電路3。
本發(fā)明的A類驅(qū)動(dòng)器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)的比較電路5，在開關(guān)電路3中連接有由正反饋回路、定時(shí)回路構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7。單穩(wěn)觸發(fā)電路7經(jīng)窄脈沖觸發(fā)就輸出由定時(shí)回路所確定的脈寬，使驅(qū)動(dòng)器2在窄脈寬開通信號(hào)輸入時(shí)產(chǎn)生設(shè)定脈寬輸出，保障比較電路5能在此時(shí)通過監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)1的通態(tài)壓降識(shí)別過電流，以實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)1的可靠保護(hù)。
本發(fā)明的B類驅(qū)動(dòng)器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)或連接電流檢測(cè)器8的比較電路9，開關(guān)電路3的輸出部份由開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12構(gòu)成，比較電路9連接或通過元件連接開通電路10，比較電路9的輸出通過元件13連接關(guān)斷電路11。過電流時(shí)比較電路9輸出信號(hào)關(guān)斷開通電路10，由慢關(guān)斷電路12構(gòu)成慢關(guān)斷輸出，比較電路9輸出信號(hào)通過元件13阻止或延遲關(guān)斷電路11接通關(guān)斷輸出而不破壞慢關(guān)斷輸出。在各種情況下(如輸入窄脈寬開通信號(hào)或即將出現(xiàn)關(guān)斷信號(hào)時(shí))出現(xiàn)過電流或短路，其都能使半導(dǎo)體開關(guān)1慢關(guān)斷而不被過流過壓損壞。該驅(qū)動(dòng)器2的開關(guān)電路3中可連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7，使其具有A類驅(qū)動(dòng)器2的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的C類驅(qū)動(dòng)器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)的比較電路5和6，開關(guān)電路3中的開關(guān)電壓連接延時(shí)電路14的輸入端，延時(shí)電路14連接或通過半導(dǎo)體開關(guān)15連接比較電路5或5和6，比較電路5和6分別通過監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)1的通態(tài)壓降識(shí)別不同值過電流、短路電流，延時(shí)電路14在開關(guān)電路3輸出開通信號(hào)時(shí)延時(shí)一段時(shí)間后控制或經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)15控制比較電路5或5和6進(jìn)行監(jiān)測(cè)或輸出信號(hào)。比較電路5和6的輸出可連接同一輸出元件16(如光耦17)，在同一路輸出中以不同值信號(hào)分別輸出不同值過電流、短路電流。比較電路6的輸出可通過延時(shí)關(guān)斷電路18連接比較電路5。比較電路6的輸出可連接或通過元件連接開關(guān)電路3。比較電路6輸出過電流信號(hào)經(jīng)延時(shí)關(guān)斷電路18關(guān)斷比較電路5或其輸出，比較電路6輸出的過電流信號(hào)使開關(guān)電路3關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)1實(shí)現(xiàn)保護(hù)，高值過電流(以下稱短路電流)時(shí)，比較電路5在由延時(shí)關(guān)斷電路18所延時(shí)的期間識(shí)別短路電流、輸出短路信號(hào)。比較電路5或6的輸出可連接延時(shí)電路19，能保障輸出信號(hào)的最小脈寬。該驅(qū)動(dòng)器2的開關(guān)電路3中可連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7，使其具有A類驅(qū)動(dòng)器2的優(yōu)點(diǎn)。該驅(qū)動(dòng)器2的開關(guān)電路3的輸出部份可由開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12構(gòu)成，比較電路5或6連接或通過元件連接開通電路10，比較電路5或6的輸出通過元件13連接關(guān)斷電路11，使其具有B類驅(qū)動(dòng)器2的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明中的延時(shí)電路可由電阻和半導(dǎo)體元件(如晶體管20、21或69)構(gòu)成，用半導(dǎo)體元件的延遲時(shí)間為延時(shí)時(shí)間，使延時(shí)可靠和易于集成化制造。本發(fā)明中所指的元件和電路都是半導(dǎo)體元件、無(wú)源元件或由其所組成，都能制成集成電路。以下結(jié)合產(chǎn)品實(shí)例予以逐步說(shuō)明。


圖1、2、3分別是本發(fā)明A、B、C類驅(qū)動(dòng)器2的產(chǎn)品框圖，圖4、5、6分別是本發(fā)明A、B、C類驅(qū)動(dòng)器2的一種實(shí)施例產(chǎn)品電路圖。
圖1的A類驅(qū)動(dòng)器2中比較電路5經(jīng)二極管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1集電極，驅(qū)動(dòng)器2輸入與輸出端之間的開關(guān)電路3中連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
圖2的B類驅(qū)動(dòng)器2中比較電路9的輸入經(jīng)E線、二級(jí)管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1集電極或經(jīng)F線連接電流檢測(cè)器8，開關(guān)電路3的輸出部份由開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12構(gòu)成，比較電路9的輸出連接開通電路10，比較電路9的輸出通過元件13連接關(guān)斷電路11。
圖3的C類驅(qū)動(dòng)器2中比較電路5和6通過二極管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1集電極，開關(guān)電路3中的開關(guān)電壓連接延時(shí)電路14的輸入端，延時(shí)電路14連接比較電路5或5和6，G線是可選擇線。
圖4的驅(qū)動(dòng)器2中由電阻22～32、電容38、晶體管39～44構(gòu)成的開關(guān)電路3中連接有由電阻25～28、47、電容38、晶體管40、41構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7，電阻47構(gòu)成正反饋回路、電阻27和電容38為定時(shí)回路；由電阻48～51、晶體管52、53、二極管54構(gòu)成的比較電路5和由電阻55～57、晶體管58、二極管59構(gòu)成的比較電路6經(jīng)二極管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1(IGBT)集電極，由晶體管20、21、二極管60、電阻61～66構(gòu)成的延時(shí)電路14連接比較電路5和開關(guān)電路3，比較電路5的輸出經(jīng)延時(shí)電路14連接由電阻67、68、晶體管69構(gòu)成的延時(shí)電路19。輸入窄脈寬開通信號(hào)并發(fā)生短路時(shí)，比較電路5在由單穩(wěn)觸發(fā)電路7設(shè)定期間無(wú)輸出，延時(shí)電路14、19經(jīng)光耦17輸出短路電流信號(hào)。
圖5的驅(qū)動(dòng)器2中由電阻28、29、晶體管41、42構(gòu)成的開通電路10、由電阻32～35、晶體管44～46構(gòu)成的關(guān)斷電路11和由電阻70～72、晶體管73構(gòu)成的慢關(guān)斷電路12構(gòu)成開關(guān)電路3的輸出部份，由電阻48～50、晶體管52、53、二極管75構(gòu)成的比較電路9經(jīng)二極管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1(MOS)的漏極，比較電路9經(jīng)晶體管74連接開通電路10，比較電路9經(jīng)元件13(電阻30、晶體管43)連接關(guān)斷電路11。短路電流時(shí)，比較電路9經(jīng)元件13使關(guān)斷電路11不能接通關(guān)斷輸出，保障開通電路10、慢關(guān)斷電路12使MOS慢關(guān)斷，此時(shí)輸入的關(guān)斷信號(hào)不能破壞慢關(guān)斷。
圖6的驅(qū)動(dòng)器2中由電阻48～51、晶體管52、98、二極管75～77構(gòu)成的比較電路5和由電阻55～57、78、晶體管58、79、二極管80～82構(gòu)成的比較電路6經(jīng)二極管4連接半導(dǎo)體開關(guān)1(IGBT)集電極；由電阻83～86、晶體管87、電容88構(gòu)成的延時(shí)電路14經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)15(晶體管89)連接比較電路5和6的輸入端，由電阻26～35、70～72、晶體管40～46、二極管91、92構(gòu)成的開關(guān)電路3中的開關(guān)電壓經(jīng)二極管90連接延時(shí)電路14的輸入端；比較電路6的輸出經(jīng)由晶體管87、89、電容88構(gòu)成的延時(shí)關(guān)斷電路18連接比較電路5的輸入端；比較電路5和6的輸出分別經(jīng)電阻94、95連接光耦17，又經(jīng)晶體管96連接由電阻28、29、晶體管41、42構(gòu)成的開通電路10；比較電路5的輸出通過元件13又是延時(shí)電路19(電阻97、晶體管99、43)連接由電阻32～35、晶體管44～46構(gòu)成的關(guān)斷電路11；開關(guān)電路3中連接有由電阻31、47、電容38、晶體管43、40、二極管92構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7，電阻47、電容38為反饋和定時(shí)回路。延時(shí)電路14在開通信號(hào)經(jīng)光耦93輸入開關(guān)電路3時(shí)延時(shí)一段時(shí)間后使晶體管89接通比較電路5和6；過電流時(shí)，比較電路6經(jīng)延時(shí)關(guān)斷電路18關(guān)斷比較電路5，經(jīng)光耦17以低電流輸出過流信號(hào)，經(jīng)晶體管96和開通電路10使由電阻70～72、晶體管73構(gòu)成的慢關(guān)斷電路12慢關(guān)斷IGBT；短路電流時(shí)，比較電路5在延時(shí)關(guān)斷電路18的延時(shí)期間識(shí)別短路電流，經(jīng)光耦17以高電流輸出短路信號(hào)，經(jīng)元件13使關(guān)斷電路11于輸入關(guān)斷信號(hào)時(shí)延時(shí)關(guān)斷輸出，保障慢關(guān)斷IGBT和保證短路信號(hào)輸出有足夠脈寬。經(jīng)H線連接晶體管36可構(gòu)成零電壓開關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
權(quán)利要求1.能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器2，主要由半導(dǎo)體元件和無(wú)源元件構(gòu)成，其輸入與輸出端之間連接有開關(guān)電路3，驅(qū)動(dòng)器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)的比較電路5，其特征是在開關(guān)電路3中連接有由正反饋回路、定時(shí)回路構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
2.能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器2，主要由半導(dǎo)體元件和無(wú)源元件構(gòu)成，其輸入與輸出端之間連接有開關(guān)電路3，驅(qū)動(dòng)器中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)或連接電流檢測(cè)器8的比較電路9，開關(guān)電路3的輸出部份由開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12構(gòu)成，比較電路9連接或通過元件連接開通電路10，其特征是比較電路9的輸出通過元件13連接關(guān)斷電路11，比較電路9輸出信號(hào)通過元件13阻止或延遲關(guān)斷電路11接通關(guān)斷輸出而不破壞慢關(guān)斷輸出。
3.能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器2，主要由半導(dǎo)體元件和無(wú)源元件構(gòu)成，其輸入與輸出端之間連接有開關(guān)電路3，驅(qū)動(dòng)器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導(dǎo)體開關(guān)1的一端(如集電極)的比較電路5和6，其特征是開關(guān)電路3中的開關(guān)電壓連接延時(shí)電路14的輸入端，延時(shí)電路14連接或通過半導(dǎo)體開關(guān)15連接比較電路5或5和6，比較電路5和6分別通過監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體開關(guān)1的通態(tài)壓降識(shí)別不同值過電流、短路電流，延時(shí)電路14在開關(guān)電路3輸出開通信號(hào)時(shí)延時(shí)一段時(shí)間后控制或經(jīng)半導(dǎo)體開關(guān)15控制比較電路5或5和6進(jìn)行監(jiān)測(cè)或輸出信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是比較電路5和6的輸出連接同一輸出元件16(如光耦17)。
5.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是比較電路6的輸出通過延時(shí)關(guān)斷電路18連接比較電路5。
6.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是比較電路5或6的輸出連接延時(shí)電路19。
7.如權(quán)利要求2、3、4、5、6所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是開關(guān)電路3中連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
8.如權(quán)利要求1、3、4、5、6所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是開關(guān)電路3的輸出部份由開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12構(gòu)成，比較電路5或6連接或通過元件連接開通電路10，比較電路5或6的輸出通過元件13連接關(guān)斷電路11。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6所述的驅(qū)動(dòng)器2，其特征是驅(qū)動(dòng)器2中的延時(shí)電路由電阻和半導(dǎo)體元件(如晶體管20、21或69)構(gòu)成。
專利摘要能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)(IGBT、MOS、CTR、MCT、SIT、GTO)的驅(qū)動(dòng)器，由比較電路5、6、單穩(wěn)觸發(fā)電路7、開通電路10、關(guān)斷電路11、慢關(guān)斷電路12、延時(shí)電路14、延時(shí)關(guān)斷電路18等半導(dǎo)體電路構(gòu)成。其成本低，不用電流傳感器，能在各種條件下準(zhǔn)確識(shí)別不同值過電流、短路電流，且能可靠抑制關(guān)斷反壓，經(jīng)同一光耦輸出過流和短路信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各種不同方式保護(hù)，充分利用及可靠保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK2119723SQ92201189
公開日1992年10月21日 申請(qǐng)日期1992年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月20日
發(fā)明者陳為匡 申請(qǐng)人:陳為匡