一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路及其保护方法，保护电路包括电压探测电路，电流探测电路，软关断保护电路，降栅压保护电路，其中，电压探测电路与电流探测电路用于探测绝缘栅双极型器件短路信号，软关断保护电路与降栅压保护电路在接受到反馈信号后，采取两步关断的方式保护绝缘栅双极型器件，电压探测电路反馈信号与一路电流探测电路反馈信号采用一对背靠背二极管隔离后接至降栅压电路，避免了相互干扰，另一路电流探测信号直接反馈至软关断电路，本发明专利技术只需要简单的电阻、电容、场效应管、二极管、齐纳管就能实现，使的短路保护结构非常简单，且响应及时、可靠，大大降低了成本，便于集成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及绝缘栅双极型器件的短路自保护
，更具体的说，是关于一种用于逆变器、PDP驱动芯片中使用的绝缘栅双极型器件免于高压大电流损坏的短路自保护电路设计，为。
技术介绍
随着人们对现代化生活需求的日益增强，功率集成电路产品的性能越来越受到关注，其中功率集成电路处理高电压、大电流的能力越来越成为最为主要的性能指标之一。决定功率集成电路处理高电压、大电流能力大小的因素除了功率集成电路本身电路结构、设计以及电路所采用的制造工艺之外，相同面积的单个器件能承受的电流能力也是衡量功率集成电路性能和成本的关键。绝缘栅双极型器件综合了双极型晶体管和绝缘栅场效应管器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。然而由于绝缘栅双极型晶体管高压大电流的属性，造成它在短路时的漏源电流极大，因而其只能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该器件的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于2V的绝缘栅双极型器件允许承受的短路时间小于5 μ s，而饱和压降3V的绝缘栅双极型器件允许承受的短路时间可达15 μ s，4 5V时可达30 μ s以上。存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，绝缘栅双极型器件的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。为在承受时间之内关断绝缘栅双极型器件，人们在绝缘栅双极型器件驱动电路中提出各种短路自保护方法。绝缘栅双极型器件短路自保护电路可采取的探测原理有检测短路时漏极与源极之间电压Vds增大的原理、检测短路时漏极电流Ids增大的原理，检测短路时栅压上升的原理。从而实现短路保护、降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护。上述方法中，简单、易实现的方法是检测短路时，漏极与源极之间的电压Vds实现短路探测，又称退饱和法， 此方法采用的是间接电压法。因为绝缘栅双极型器件过流时漏极与源极间电压Vds增大且基本上为线性关系，故检测过流时的漏源电压Vds并与设定电压进行比较。比较器输出控制驱动电路的关断也是一个很好的方法。但这种方法中普遍采用绝缘栅双极型器件专用驱动器如ΕΧΒ841，价格昂贵，在中小功率的生产应用中会使得成本增加。无论是上面所述的漏源电压探测电路，还是漏源电流探测电路，他们有一个共同的缺点，即是仅仅探测短路时一个参数值的超标，只能称之为过压探测电路或过流探测电路。因而合理的结合多种探测方法探测出绝缘栅双极型器件短路时的过压与过流，但又不使他们之间信号产生相互干扰成为短路保护电路设计时的一个极其重要的考虑因素。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是绝缘栅双极型器件需要短路保护，现有的保护方式存在需要专门电路，价格昂贵，工艺复杂等缺点，且仅仅探测短路时一个参数值的超标，不能满足短路保护的需求。本专利技术的技术方案为一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，包括电压探测电路、电流探测电路、软关断保护电路、降栅压保护电路以及被保护绝缘栅双极型器件，所述被保护绝缘栅双极型器件的输入端为驱动信号，输出端分别连接电压探测电路以及电流探测电路的输入端，电压探测电路的输出通过二极管D2连接降栅压保护电路的输入端，电流探测电路有两路输出，一路与软关断保护电路的输入端相连，另一路通过二极管D3与降栅压保护电路的输入端相连，所述二极管D2和二极管D3背靠背连接，软关断保护电路与降栅压保护电路的输出端连接至被保护绝缘栅双极型器件的输入端。所述电压探测电路由一个二极管D1、电容Cl以及电阻R1、R2和R3组成，电阻R1、 R2和R3串联，驱动信号Vin的输入线与电阻Rl、R2、R3并联连接至GND，电阻R3两端并联电容Cl，用于调整电压上升时间，二极管Dl阴极连接被保护绝缘栅双极型器件漏极，二极管 Dl阳极连接在电阻Rl和电阻R2之间；电流探测电路包括电流感测绝缘栅双极型器件、电阻R4和电阻R5，电流感测绝缘栅双极型器件栅极为电流探测电路的输入端，电流感测绝缘栅双极型器件源极经电阻R4和电阻R5连接GND，电流感测绝缘栅双极型器件漏极接VDD， 电流感测绝缘栅双极型器件源极以及电阻R4、R5之间分别引出电流探测电路的输出端；软关断保护电路由一场效应管Ml构成，场效应管Ml栅极为软关断保护电路的输入端，漏极接驱动信号，源极接GND;降栅压保护电路由一场效应管M2与齐纳二极管Z1、Z2组成，场效应管M2栅极为降栅压保护电路的输入端，漏极接齐纳二极管Zl阳极，源极接GND，齐纳二极管 Zl阴极接驱动信号，齐纳二极管Z2阴极接场效应管M2栅极，阳极接GND，箝位M2栅压。电压探测电路的电阻Rl、R2、R3三个电阻分压，电阻R3的压降作为降栅压保护电路(4)的场效应管M2的开启压降，调整电阻R1、R2、R3的阻值比值，用于防止电压探测电路过早的触发降栅压保护电路；电流探测电路的电阻R4与R5阻值的比值设置为2 1，用于调整降栅压保护电路与软关断保护电路开启的时间差。电流探测电路的电流感测绝缘栅双极型器件与被保护绝缘栅双极型器件长度一致，宽度比为1 N，使得相同栅压与漏压下二者的漏电流比为1 N，N的值设置为800 1200。上述一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路的保护方法，自保护电路同时采用电压探测电路与电流探测电路，通过两个背靠背二极管D2、D3使电压探测电路与电流探测电路之间的信号相互隔离，使得二者反馈信号一起连接至降栅压保护电路的信号接收端，包括以下步骤电压探测电路通过调整电阻R3、电容Cl的值使得电容Cl的充电时间At = RC长于200ns，通过调整电阻R1、R2、R3的比值来控制电阻R3的压降，从而使被保护绝缘栅双极型器件开启时反馈信号强度不会触发降栅压电路动作；当被保护绝缘栅双极型器件从正常工作状态进入短路状态时，漏源电压增大，电压探测电路的电阻R2、R3上的电压被抬高，当电阻R3上的电压差超过降栅压保护电路的场效应管M2的死区电压Vth时，场效应管M2开启，将被保护绝缘栅双极型器件栅压拉低，实现降栅压保护；同样，当被保护绝缘栅双极型器件从正常工作状态进入短路状态时，漏源电流增大，电流探测电路的电流感测绝缘栅双极型器件漏源电流与被保护绝缘栅双极型器件成比例，当短路电流使电阻R4、R5上的总压差超过降栅压保护电路的场效应管M2的死区电压 Vth时，场效应管M2开启，将被保护绝缘栅双极型器件栅压拉低，实现降栅压保护；在降栅压保护电路启动后，若被保护绝缘栅双极型器件漏源短路电流继续增大， 当短路电流使电压探测电路的电阻R5上的压差超过软关断保护电路的场效应管Ml的死区电压Vth时，场效应管Ml开启，彻底拉低被保护绝缘栅双极型器件的栅压，关断被保护绝缘栅双极型器件。本专利技术提供一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，它即能够在探测短路时的过压又能够探测短路时的过流现象，并采用简单的器件对信号进行隔离，最终实现绝缘栅双极型器件全面的短路自保护。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点(1)实现被保护绝缘栅双极型器件过压与过流的双重保护，将电压探测功能与电流探测功能集成在同一简单的电路中，最终实现了过压探测，过流探测，与短路探测功能。 通过图3可以看出，未保护的绝缘栅本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是包括电压探测电路（１）、电流探测电路（２）、软关断保护电路（３）、降栅压保护电路（４）以及被保护绝缘栅双极型器件（５），所述被保护绝缘栅双极型器件（５）的输入端为驱动信号，输出端分别连接电压探测电路（１）以及电流探测电路（２）的输入端，电压探测电路（１）的输出通过二极管Ｄ２连接降栅压保护电路（４）的输入端，电流探测电路（２）有两路输出，一路与软关断保护电路（３）的输入端相连，另一路通过二极管Ｄ３与降栅压保护电路（４）的输入端相连，所述二极管Ｄ２和二极管Ｄ３背靠背连接，软关断保护电路（３）与降栅压保护电路（４）的输出端连接至被保护绝缘栅双极型器件（５）的输入端。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，刘斯扬，霍昌隆，崔其晖，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：32
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