專利名稱：能保護半導體開關的驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能保護被驅動的半導體開關1(如IGBT、MOS、GTR、MCT、SIT、GTO)不被過電流過電壓或短路電流所損壞的驅動器。
半導體開關在過流過壓或短路時易損壞。《國外電氣自動化》雜志91年5期《逆變器回路中IGBT模塊的保護技術》一文，述及日本富士公司產(chǎn)品EXB系列驅動器通過監(jiān)測IGBT的通態(tài)壓降識別過電流，用慢關斷電路關斷過電流來保護IGBT。該產(chǎn)品在輸入窄脈寬開通信號時不能識別過電流和不能慢關斷過電流，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。其存在保護死區(qū)和保護功能缺陷。
本發(fā)明要推出在輸入窄脈寬開通信號時能通過監(jiān)測半導體開關通態(tài)壓降識別過電流的驅動器;推出能在任何情況下慢關斷過電流的驅動器;推出通過監(jiān)測通態(tài)壓降能鑒別出不同值過電流的驅動器。
本發(fā)明推出的產(chǎn)品驅動器2主要由半導體元件和無源元件構成，在驅動器2的輸入與輸出端之間連接有開關電路3。
本發(fā)明的A類驅動器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5，在開關電路3中連接有由正反饋回路、定時回路構成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7。單穩(wěn)觸發(fā)電路7經(jīng)窄脈沖觸發(fā)就輸出由定時回路所確定的脈寬，使驅動器2在窄脈寬開通信號輸入時產(chǎn)生設定脈寬輸出，保障比較電路5能在此時通過監(jiān)測半導體開關1的通態(tài)壓降識別過電流，以實現(xiàn)對半導體開關1的可靠保護。
本發(fā)明的B類驅動器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)或連接電流檢測器8的比較電路9，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，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連接關斷電路11。過電流時比較電路9輸出信號關斷開通電路10，由慢關斷電路12構成慢關斷輸出，比較電路9輸出信號通過元件13阻止或延遲關斷電路11接通關斷輸出而不破壞慢關斷輸出。在各種情況下(如輸入窄脈寬開通信號或即將出現(xiàn)關斷信號時)出現(xiàn)過電流或短路，其都能使半導體開關1慢關斷而不被過流過壓損壞。該驅動器2的開關電路3中可連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7，使其具有A類驅動器2的優(yōu)點。
本發(fā)明的C類驅動器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5和6，開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接或通過半導體開關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)測半導體開關1的通態(tài)壓降識別不同值過電流、短路電流，延時電路14在開關電路3輸出開通信號時延時一段時間后控制或經(jīng)半導體開關15控制比較電路5或5和6進行監(jiān)測或輸出信號。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的輸出可通過延時關斷電路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電路3。比較電路6輸出過電流信號經(jīng)延時關斷電路18關斷比較電路5或其輸出，比較電路6輸出的過電流信號使開關電路3關斷半導體開關1實現(xiàn)保護，高值過電流(以下稱短路電流)時，比較電路5在由延時關斷電路18所延時的期間識別短路電流、輸出短路信號。比較電路5或6的輸出可連接延時電路19，能保障輸出信號的最小脈寬。該驅動器2的開關電路3中可連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7，使其具有A類驅動器2的優(yōu)點。該驅動器2的開關電路3的輸出部份可由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，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連接關斷電路11，使其具有B類驅動器2的優(yōu)點。
本發(fā)明中的延時電路可由電阻和半導體元件(如晶體管20、21或69)構成，用半導體元件的延遲時間為延時時間，使延時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體元件、無源元件或由其所組成，都能制成集成電路。以下結合產(chǎn)品實例予以逐步說明。


圖1、2、3分別是本發(fā)明A、B、C類驅動器2的產(chǎn)品框圖，圖4、5、6分別是本發(fā)明A、B、C類驅動器2的一種實施例產(chǎn)品電路圖。
圖1的A類驅動器2中比較電路5經(jīng)二極管4連接半導體開關1集電極，驅動器2輸入與輸出端之間的開關電路3中連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
圖2的B類驅動器2中比較電路9的輸入經(jīng)E線、二級管4連接半導體開關1集電極或經(jīng)F線連接電流檢測器8，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，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連接關斷電路11。
圖3的C類驅動器2中比較電路5和6通過二極管4連接半導體開關1集電極，開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接比較電路5或5和6，G線是可選擇線。
圖4的驅動器2中由電阻22～32、電容38、晶體管39～44構成的開關電路3中連接有由電阻25～28、47、電容38、晶體管40、41構成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7，電阻47構成正反饋回路、電阻27和電容38為定時回路;由電阻48～51、晶體管52、53、二極管54構成的比較電路5和由電阻55～57、晶體管58、二極管59構成的比較電路6經(jīng)二極管4連接半導體開關1(IGBT)集電極，由晶體管20、21、二極管60、電阻61～66構成的延時電路14連接比較電路5和開關電路3，比較電路5的輸出經(jīng)延時電路14連接由電阻67、68、晶體管69構成的延時電路19。輸入窄脈寬開通信號并發(fā)生短路時，比較電路5在由單穩(wěn)觸發(fā)電路7設定期間無輸出，延時電路14、19經(jīng)光耦17輸出短路電流信號。
圖5的驅動器2中由電阻28、29、晶體管41、42構成的開通電路10、由電阻32～35、晶體管44～46構成的關斷電路11和由電阻70～72、晶體管73構成的慢關斷電路12構成開關電路3的輸出部份，由電阻48～50、晶體管52、53、二極管75構成的比較電路9經(jīng)二極管4連接半導體開關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)連接關斷電路11。短路電流時，比較電路9經(jīng)元件13使關斷電路11不能接通關斷輸出，保障開通電路10、慢關斷電路12使MOS慢關斷，此時輸入的關斷信號不能破壞慢關斷。
圖6的驅動器2中由電阻48～51、晶體管52、98、二極管75～77構成的比較電路5和由電阻55～57、78、晶體管58、79、二極管80～82構成的比較電路6經(jīng)二極管4連接半導體開關1(IGBT)集電極;由電阻83～86、晶體管87、電容88構成的延時電路14經(jīng)半導體開關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構成的開關電路3中的開關電壓經(jīng)二極管90連接延時電路14的輸入端;比較電路6的輸出經(jīng)由晶體管87、89、電容88構成的延時關斷電路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構成的開通電路10;比較電路5的輸出通過元件13又是延時電路19(電阻97、晶體管99、43)連接由電阻32～35、晶體管44～46構成的關斷電路11;開關電路3中連接有由電阻31、47、電容38、晶體管43、40、二極管92構成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7，電阻47、電容38為反饋和定時回路。延時電路14在開通信號經(jīng)光耦93輸入開關電路3時延時一段時間后使晶體管89接通比較電路5和6;過電流時，比較電路6經(jīng)延時關斷電路18關斷比較電路5，經(jīng)光耦17以低電流輸出過流信號，經(jīng)晶體管96和開通電路10使由電阻70～72、晶體管73構成的慢關斷電路12慢關斷IGBT;短路電流時，比較電路5在延時關斷電路18的延時期間識別短路電流，經(jīng)光耦17以高電流輸出短路信號，經(jīng)元件13使關斷電路11于輸入關斷信號時延時關斷輸出，保障慢關斷IGBT和保證短路信號輸出有足夠脈寬。經(jīng)H線連接晶體管36可構成零電壓開關驅動器。穩(wěn)壓管37為電源欠壓保護。
本發(fā)明構造簡單，在各種情況下(如輸入窄脈寬開通信號或即將出現(xiàn)關斷信號時，在各種干擾脈沖、電源波動、高速開關條件下，在各種感性或容性負載條件下)其都能準確可靠地通過監(jiān)測被驅動半導體開關1的通態(tài)壓降識別不同值過電流、短路電流，其都能使半導體開關1慢關斷而不被過流過壓損壞。
本發(fā)明能對被驅動的半導體開關1準確可靠地進行完善的綜合保護。
權利要求
1.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5，其特征是在開關電路3中連接有由正反饋回路、定時回路構成的單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
2.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)或連接電流檢測器8的比較電路9，開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，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連接關斷電路11，比較電路9輸出信號通過元件13阻止或延遲關斷電路11接通關斷輸出而不破壞慢關斷輸出。
3.能保護半導體開關的驅動器2，主要由半導體元件和無源元件構成，其輸入與輸出端之間連接有開關電路3，驅動器2中包含有通過二極管4或電阻連接半導體開關1的一端(如集電極)的比較電路5和6，其特征是開關電路3中的開關電壓連接延時電路14的輸入端，延時電路14連接或通過半導體開關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)測半導體開關1的通態(tài)壓降識別不同值過電流、短路電流，延時電路14在開關電路3輸出開通信號時延時一段時間后控制或經(jīng)半導體開關15控制比較電路5或5和6進行監(jiān)測或輸出信號。
4.如權利要求3所述的驅動器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.如權利要求3所述的驅動器2，其特征是比較電路6的輸出通過延時關斷電路18連接比較電路5。
6.如權利要求3所述的驅動器2，其特征是比較電路5或6的輸出連接延時電路19。
7.如權利要求2、3、4、5、6所述的驅動器2，其特征是開關電路3中連接有單穩(wěn)觸發(fā)電路7。
8.如權利要求1、3、4、5、6所述的驅動器2，其特征是開關電路3的輸出部份由開通電路10、關斷電路11、慢關斷電路12構成，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連接關斷電路11。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6所述的驅動器2，其特征是驅動器2中的延時電路由電阻和半導體元件(如晶體管20、21或69)構成。
全文摘要
能保護半導體開關(IGBT、MOS、GTR、MCT、SIT、GTO)的驅動器，由比較電路5、6，單穩(wěn)觸發(fā)電路7，開通電路10，關斷電路11，慢關斷電路12，延時電路14，延時關斷電路18等半導體電路構成。其成本低，不用電流傳感器，能在各種條件下準確識別不同值過電流、短路電流，且能可靠抑制關斷反壓，經(jīng)同一光耦合輸出過流和短路信號，以實現(xiàn)各種不同方式保護，充分利用及可靠保護半導體開關。適用于各種變流器、逆變器、交、直流電機變頻調(diào)速器、開關電源、焊接電源等裝置中的電力電子器件的驅動和智能保護。
文檔編號H03K17/08GK1074567SQ9210038
公開日1993年7月21日 申請日期1992年1月17日 優(yōu)先權日1992年1月17日
發(fā)明者陳為匡 申請人:陳為匡