功率器件逐脈沖保護電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于保護電路領域，尤其涉及功率器件的短路和過電流保護。
【背景技術】
[0002]在功率器件MOSFET、IGBT等的控制電路中，過流和/或短路保護的方法主要是檢測回路電流，預置保護點進行比較作為保護判斷的條件。這種常見的保護方法有較大的缺點:保護閾值設置過高，容易造成保護失敗，保護閾值設置過低，又不能充分發揮功率管的性能。而且，功率器件M0SFET、IGBT等工作在不同的溫度下所承受的過電流又相差較大，因此保護點的設置比較困難。
[0003]又因為MOSFET、IGBT等功率器件的工作溫度和導通壓降存在一定的比例關系，現有技術中提出了利用MOSFET、IGBT等功率器件的導通壓降的方法實現保護，有效地避免了以上缺點。但在執行保護關斷控制信號時，MOSFET、IGBT等功率器件真正得到保護時，已經有延時，在MOSFET、IGBT等功率器件保護關斷之前已承受了多個脈沖周期的過流或短路電流的沖擊，無法實現過流、短路的即時關斷。而且，在電路解除保護過后，若MOSFET、IGBT等功率器件過流、短路的原故障并未解除，MOSFET, IGBT功率器件必將承受二次過流、短路的電流沖擊。因此，現有的保護方案并不能完全解決MOSFET、IGBT等功率器件因過流、短路而失效的技術問題。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的即在于提供一種功率器件逐脈沖保護電路，旨在解決現有功率器件保護電路不能實時有效地實現保護的技術問題。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供的功率器件逐脈沖保護電路，通過脈沖信號實時監測功率器件的過電流并實行保護，具體的，該保護電路包括脈沖發生器、電流檢測單元、驅動單元和保護執行單元；所述電流檢測單元連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，所述驅動單元連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，所述保護執行單元連接在所述電流檢測單元的輸出端與所述驅動單元的使能端之間。
[0006]所述脈沖發生器輸出方波驅動信號，用于功率器件的驅動控制并利用該信號實時監測所述功率器件的過電流，當所述電流檢測單元監測到流經所述功率器件的過電流超過安全閾值時，所述保護執行單元控制所述驅動單元關閉所述功率器件執行保護；并且，在所述方波驅動信號的開通周期內保持功率器件的關閉狀態，直到開通周期結束，所述保護電路自動解鎖。當下一個脈沖方波驅動信號到來時再循環執行以上過程，實現對M0SFET、IGBT或者晶閘管等功率器件的逐脈沖電流監測并且逐脈沖執行保護。
[0007]進一步地，所述保護電路還包括:與所述保護執行單元相接、用于將所述保護電路執行保護的工作狀態輸出給主控制系統的保護信號輸出單元。
[0008]具體的，所述驅動單元包括一個圖騰柱輸出；所述圖騰柱輸出包括兩個配對的三極管及相應的電阻；或者包括兩個配對的MOSFET及相應的電阻。
[0009]進一步地，所述驅動單元還包括一個連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與所述圖騰柱輸出的輸入端之間、用于放大所述方波驅動信號的同相放大模塊。
[0010]具體的，所述電流檢測單元包括電阻R1、電阻R2和二極管Dl ;所述電阻Rl和電阻R2串接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與所述二極管Dl的陽極之間，所述電阻Rl和電阻R2的共接端為所述電流檢測單元的輸出端，所述二極管Dl的陰極與所述功率器件的電流輸入端同時接工作電源VCC。
[0011]進一步地，所述同相放大模塊包括電阻R3和NPN型三極管Q2 ;所述NPN型三極管Q2的基極通過所述電阻R3接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q2的發射極接所述脈沖發生器的脈沖輸出端，所述NPN型三極管Q2的集電極接所述圖騰柱輸出的輸入端；或者，所述同相放大模塊包括電阻R4和PNP型三極管Q3 ;所述PNP型三極管Q3的基極接所述脈沖發生器的脈沖輸出端，所述PNP型三極管Q3的發射極接所述圖騰柱輸出的輸入端，所述PNP型三極管Q3的集電極通過所述電阻R4接地。
[0012]進一步地，所述保護執行單元包括穩壓二極管ZDl和NPN三極管Q4 ;所述穩壓二極管ZDl的陰極接所述電流檢測單元的輸出端，所述穩壓二極管ZDl的陽極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN三極管Q4的集電極接所述驅動單元的使能端，所述NPN三極管Q4的發射極接地。
[0013]進一步地，所述保護執行單元還包括一個延時模塊；所述延時模塊包括電容Cl、電容C2和電阻R5 ;所述電容Cl和電阻R5分別并接在所述穩壓二極管ZDl的陰極與地之間；所述電容C2接在所述穩壓二極管ZDl的陽極與地之間。
[0014]更進一步地，所述保護信號輸出單元包括NPN型三極管Q5和電阻R6 ;所述NPN型三極管Q5的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN型三極管Q5的集電極通過所述電阻R6接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q5的發射極接地，所述NPN型三極管Q5的集電極同時接所述主控制系統；或者，所述保護信號輸出單元包括PNP型三極管Q6和電阻R7 ;所述PNP型三極管Q6的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述PNP型三極管Q6的發射極通過所述電阻R7接第一供電電壓，所述PNP型三極管Q6的集電極接地，所述NPN型三極管Q6的發射極同時接所述主控制系統。
[0015]本發明提供的功率器件逐脈沖保護電路，利用功率器件的導通壓降檢測電流的優點，設定功率器件的安全電流工作點；在單個方波驅動信號脈沖時間內實現逐脈沖的電流監測、逐脈沖過電流保護，能夠有效解決功率器件因過流、短路而失效的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構框圖；
[0017]圖2是本發明優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構框圖；
[0018]圖3是本發明優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構示意圖；
[0019]圖4是本發明另一優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]圖1是本發明實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構框圖；為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分，如圖所示:
[0022]一種功率器件逐脈沖保護電路，通過脈沖信號實時監測功率器件的過電流并實行保護，包括脈沖發生器100、電流檢測單元200、驅動單元300和保護執行單元400。具體的，電流檢測單元200連接在脈沖發生器100的脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，驅動單元300連接在脈沖發生器100的脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，保護執行單元400連接在電流檢測單元200的輸出端與驅動單元300的使能端之間。
[0023]根據本實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路，脈沖發生器100輸出方波驅動信號HJLSE，用于功率器件的驅動控制并利用該信號實時監測所述功率器件的過電流，當電流檢測單元200監測到流經所述功率器件的過電流超過安全閾值時，保護執行單元400立即控制驅動單元300關閉所述功率器件；并且，在所述方波驅動信號PULSE的開通周期內保持功率器件的關閉狀態，直到本開通周期結束，所述保護電路自動解鎖。當下一個脈沖方波驅動信號PULSE到來時再循環執行以上過程，實現對功率器件的逐脈沖電流監測，并且逐脈沖執行保護。并且，所述功率器件包括但不限于MOSFET、IGBT和晶閘管。
[0024]圖2是本發明另一優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構框圖。同樣的，為了便于說明，也僅示出了與本實施例相關的部分。
[0025]參見圖2，圖2所示實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路除了包括脈沖發生器100、電流檢測單元200、驅動單元300和保護執行單元400之外，還包括一個保護信號輸出單元500。該保護信號輸出單元500與保護執行單元400相接，用于將整個功率器件逐脈沖保護電路執行保護的工作狀態輸出給主控制系統。在具體實現時，保護信號輸出單元500可以把保護電路已經執行保護的工作狀態，以低電平輸出(也可以是高電平)給主控制系統。主控制系統一般為MCU單片機或DSP類的微電腦處理器，在此不對工作狀態的輸出形式和主控制系統的種類作任何限制。
[0026]在具體實施過程中，驅動單元300 —般可選圖騰柱輸出。并且，該圖騰柱輸出由兩個相互配對的三極管或者MOSFET再加上相應的電阻組成。
[0027]在另一實施方式中，驅動單元300還可以包括一個連接在圖騰柱輸出之前的同相放大模塊。該同相放大模塊連接在脈沖發生器100的脈沖輸出端與圖騰柱輸出的輸入端之間，可用于放大方波驅動信號。
[0028]為了對本發明提供的功率器件逐脈沖保護電路做進一步的說明，圖3示出了本發明一優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構示意圖。參見圖3:
[0029]電流檢測單元200包括電阻R1、電阻R2和二極管Dl ;電阻Rl和電阻R2串接在脈沖發生器的脈沖輸出端PULSE與二極管Dl的陽極之間，電阻Rl和電阻R2的共接端為電流檢測單元100的輸出端，二極管Dl的陰極與功率器件的電流輸入端同時接工作電源VCC。
[0030]進一步地，本實施例中的驅動單元300包括同相放大模塊和圖騰柱輸出模塊。同相放大模塊包括電阻R3和NPN型三極管Q2 ；NPN型三極管Q2的基極通過電阻R3接第一供電電壓，NPN型三極管Q2的發射極接脈沖發生器100的脈沖輸出端HJLSE，NPN型三極管Q2的集電極接圖騰柱輸出的輸入端。圖騰柱輸出模塊包括兩個配對的三極管和相應的電阻，分別為NPN型三極管Q31、PNP型三極管Q32、電阻R31、電阻R32和電阻R33。NPN型三極管Q31的基極和PNP型三極管Q32的基極共接在一起，同時接NPN型三極管Q2的集電極和保護執行單元400的輸出端，同時，NPN型三極管Q31的基極還通過上拉電阻R31接第二工作電壓，NPN型三極管Q31的集電極也接第二工作電壓，NPN型三極管Q31的發射極和PNP型三極管Q32的發射極分別通過電阻R32和電阻R33同時接功率器件MOSFET的控制端基極，PNP型三極管Q32的集電極接地。
[0031 ] 進一步地，在本實施例中，保護執行單元400包括穩壓二極管ZDl和NPN型三極管Q4 ;穩壓二極管ZDl的陰極接電流檢測單元100的輸出端、即電阻Rl和電阻R2的共接端，穩壓二極管ZDl的陽極接NPN型三極管Q4的基極，NPN型三極管Q4的集電極接圖騰柱輸出的輸入端，NPN型三極管Q4的發射極接地。
[0032]進一步地，該保護執行