專利名稱：一種智能igbt的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種絕緣柵雙極型晶體管，通稱為IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)，特別涉及一種具有智能保護的IGBT，屬于IGBT的改進技術領域。
背景技術：
常規的IGBT可見圖1，可看作是一個簡單的晶體管，由G極輸入信號，控制C極與 E極的截止與開通。此電子器件沒有任何保護功能，因此抗干擾能力非常差，在使用過程中 發生任何一些異常如超溫、過流、過壓、欠壓等狀況都有可能燒壞而失效。現在也出現了具 有保護功能的IGBT，IGBT保護的技術方案一般是在IGBT的外圍電路中加入各種保護電路， 但這種外圍保護電路的靈敏度不高，且電路連接關系復雜、涉及較多昂貴的電子元器件，因 此往往因成本高昂而難以真正有效應用。
發明內容
本發明的目的在于考慮現有技術的不足，提供一種成本低廉、安全可靠、內部具備 智能保護模塊的IGBT。本發明的技術方案是一種智能IGBT，其特征在于包括電源電路(1)、C極過壓偵 測電路(2)、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)、驅動控 制IGBT電路(6)，所述電源電路(1)輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測 電路(2)輸入端連接C極引腳、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)的輸入端分別連 接E極引腳、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸入端連接G極引腳，C極過壓偵測電路(2)、溫 度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸出端連接驅動控 制IGBT電路(6)輸入端。所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏輯或門U4、邏輯與門U5、比例晶體管Q1，邏輯 或門U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸 出端Y連接比例晶體管Ql的基極，比例晶體管Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。所述C極過壓偵測電路(2)包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖 存器TO，比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端 連接邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳， 電阻R2的另一端接地；RS鎖存器TO的輸入端R接收輸入過壓欠壓偵測電路(5)輸出的比 較信號，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端A。所述電源電路(1)包括電阻R6、二極管D1、二極管D2、恒流源U12、電源U1，電阻 R6 一端連接C極引腳，另一端連接恒流源U12輸入端，恒流源U12輸出端連接二極管Dl正 極，二極管D2的正極與G極引腳連接，二極管Dl與二極管D2的負極分別連接電源Ul，恒流 源U12的控制端連接C極過壓偵測電路(2)中邏輯非門U2的輸出端。所述溫度偵測電路(3)包括熱敏元件NTC、比較器Ull和電阻R3，熱敏元件NTC — 端連接電源VCC，另一端分別連接于電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一
4端接地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D。所述E極過流偵測電路(4)包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅 動控制IGBT電路(6)中的比例晶體管Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制 IGBT電路(6)中邏輯或門U4輸入端E ；電阻R5 —端連接比較器U8的正輸入端，另一端接 地。于所述輸入過壓欠壓偵測電路(5)包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器 U10,窗口比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連 接RS鎖存器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路(2)中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動 控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸 入端連接參考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q 連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端C。其中，所述C極過壓偵測電路(2)的RS鎖存器TO的輸入端R連接輸入過壓欠壓 偵測電路(5)中窗口比較器U7的輸出端。本發明的工作原理為，電源電路由C與G極取得電壓輸入，經過轉換得到系統電源 電壓，C極過壓偵測電路、溫度偵測電路、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路輸 出信號連接到驅動控制IGBT電路的輸入端，驅動控制IGBT電路經過運算處理，以決定開通 或關閉IGBT。本發明的有益效果是，在不改變IGBT當前封裝的情況下，在其內部規劃設計智能 電路模塊，在出現異常時及時關斷IGBT，不僅省去了復雜的外圍保護電路，且所加入的電路 模塊設計簡潔明了、布裝簡便，由于多用比較器、鎖存器等常規IC組成，因此成本低廉、易 于實現，特別適用于電磁爐、開關電源或變頻產品領域。
圖1為現有IGBT器件的電路符號圖。圖2為本發明的電路框圖。圖3為本發明實施例的電路原理圖。圖4為本發明實施例的RS邏輯電路圖。圖5為本發明實施例的RS邏輯真值表。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明的具體實施方式
作進一步說明。如圖2、圖3所示，一種智能IGBT，包括電源電路1、C極過壓偵測電路2、溫度偵測 電路3、E極過流偵測電路4、輸入過壓欠壓偵測電路5、驅動控制IGBT電路6，其中電源電 路1的輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路2、溫度偵測電路3及E 極過流偵測電路4、輸入過壓欠壓偵測電路5的輸入端分別連接C極引腳、E極引腳和G極 引腳，輸出端連接驅動控制IGBT電路6輸入端。具體來說，電源電路1包括電阻R6、二極管D1、二極管D2、恒流源U12、電源U1，電 阻R6 —端連接C極引腳，另一端連接恒流源U12輸入端，恒流源U12輸出端連接二極管Dl 正極，二極管D2的正極與G極引腳連接，二極管Dl與二極管D2的負極分別連接電源Ul，恒流源U12的控制端連接C極過壓偵測電路2中邏輯非門U2的輸出端。C極過壓偵測電路2包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器U6， 比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端連接邏 輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電阻R2 的另一端接地；RS鎖存器U6的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路5中窗口比較器U7的 輸出端，輸出端S連接驅動控制IGBT電路6中邏輯或門U4的輸入端A。溫度偵測電路3包括熱敏元件NTC、比較器Ul 1和電阻R3，熱敏元件NTC —端連接 電源VCC，另一端分別連接于電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接地， 比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路6中邏輯或門U4的輸入端D。E極過流偵測電路4包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控制 IGBT電路6中的比例晶體管Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT電路 6中邏輯或門U4輸入端E ；電阻R5 —端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地。輸入過壓欠壓偵測電路5包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口比 較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存器 UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路2中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT電路 6中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器W的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參考電壓 ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控制IGBT 電路6中邏輯或門U4的輸入端C。驅動控制IGBT電路6，包括邏輯或門U4、邏輯與門TO、IGBT Q1，邏輯或門U4的輸 出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端Y連接 比例晶體管Ql的基極，比例晶體管Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。圖4和圖5分別為上述實施例輸入過壓欠壓偵測電路中RS鎖存器UlO的邏輯電 路圖和RS邏輯真值表。通過以上電路的配置設計，IGBT內部形成一系列保護電路，對IGBT實時監控。 IGBT工作時一旦發生異常，內部電路立刻輸出相應信號，馬上關斷IGBT，保護IGBT，待異常 消除后。IGBT仍可正常工作。相比較常規的IGBT，帶內部保護模塊的IGBT其可靠性與壽 命大幅提升，為IGBT的應用推廣提供了更加堅實的保障。
權利要求
一種智能IGBT，其特征在于包括電源電路(1)、C極過壓偵測電路(2)、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)、驅動控制IGBT電路(6)，所述電源電路(1)輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路(2)輸入端連接C極引腳、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)的輸入端分別連接E極引腳、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸入端連接G極引腳，C極過壓偵測電路(2)、溫度偵測電路(3)、E極過流偵測電路(4)、輸入過壓欠壓偵測電路(5)的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)輸入端。
2.根據權利1所述的一種智能IGBT，其特征在于所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏 輯或門U4、邏輯與門U5、比例晶體管Q1，邏輯或門U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端 B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端Y連接比例晶體管Ql的基極，比例晶體管 Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。
3.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特征在于所述C極過壓偵測電路⑵包括電阻 R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器U6，比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl 與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端連接邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6 的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電阻R2的另一端接地；RS鎖存器U6的輸入端R 接收輸入過壓欠壓偵測電路(5)輸出的比較信號，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中 邏輯或門U4的輸入端A。
4.根據權利3所述的一種智能IGBT，其特征在于所述電源電路⑴包括電阻R6、二極 管D1、二極管D2、恒流源U12、電源U1，電阻R6 —端連接C極引腳，另一端連接恒流源U12 輸入端，恒流源U12輸出端連接二極管Dl正極，二極管D2的正極與G極引腳連接，二極管 Dl與二極管D2的負極分別連接電源U1，恒流源U12的控制端連接C極過壓偵測電路(2) 中邏輯非門U2的輸出端。
5.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特征在于所述溫度偵測電路(3)包括熱敏元件 NTC、比較器Ul 1和電阻R3，熱敏元件NTC —端連接電源VCC，另一端分別連接于電阻R3 —端 以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D。
6.根據權利2所述的一種智能IGBT，其特征在于所述E極過流偵測電路(4)包括比較 器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控制IGBT電路(6)中的比例晶體管Q1，負 輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4輸入端E ；電阻 R5 一端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地。
7.根據權利3所述的一種智能IGBT，其特征在于所述輸入過壓欠壓偵測電路(5)包括 窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4， 負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路(2) 中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較 器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的 S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端 C0
8.根據權利7所述的一種智能IGBT，其特征在于所述C極過壓偵測電路(2)的RS鎖 存器U6的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路(5)中窗口比較器U7的輸出端。
9.根據權利1所述的一種智能IGBT，其特征在于所述電源電路(1)包括電阻R6、二極管D1、二極管D2、恒流源U12、電源U1，電阻R6 — 端連接C極引腳，另一端連接恒流源U12輸入端，恒流源U12輸出端連接二極管Dl正極，二 極管D2的正極與G極引腳連接，二極管Dl與二極管D2的負極分別連接電源Ul，恒流源U12 的控制端連接C極過壓偵測電路(2)中邏輯非門U2的輸出端；所述C極過壓偵測電路(2)包括電阻R1、電阻R2、比較器U3、邏輯非門U2、RS鎖存器 U6,比較器U3的正輸入端分別連接電阻Rl與R2，負輸入端連接參考電壓ref3，輸出端連接 邏輯非門U2的輸入端A以及RS鎖存器U6的輸入端S ；電阻Rl另一端連接C極引腳，電阻 R2的另一端接地；RS鎖存器TO的輸入端R連接輸入過壓欠壓偵測電路(5)中窗口比較器 U7的輸出端，輸出端S連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端A ；所述溫度偵測電路(3)包括熱敏元件NTC、比較器Ull和電阻R3，熱敏元件NTC—端連 接電源VCC，另一端分別連接于電阻R3 —端以及比較器Ull的正輸入端，電阻R3另一端接 地，比較器Ull的輸出端連接驅動控制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端D ；所述E極過流偵測電路(4)包括比較器U8、電阻R5，比較器U8的正輸入端連接驅動控 制IGBT電路(6)中比例晶體管Q1，負輸入端接參考電壓ref2，輸出端連接驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4輸入端E;電阻R5—端連接比較器U8的正輸入端，另一端接地；所述輸入過壓欠壓偵測電路(5)包括窗口比較器U7、比較器U9和RS鎖存器U10，窗口 比較器U7的正輸入端連接參考電壓ref4，負輸入端連接G極引腳，輸出端分別連接RS鎖存 器UlO的輸入端R、C極過壓偵測電路(2)中RS鎖存器U6的輸入端R以及驅動控制IGBT 電路(6)中邏輯或門U4的輸入端B ；比較器U9的正輸入端連接G極引腳，負輸入端連接參 考電壓ref5，輸出端連接RS鎖存器UlO的S輸入端；RS鎖存器UlO的輸出端Q連接驅動控 制IGBT電路(6)中邏輯或門U4的輸入端C ；所述驅動控制IGBT電路(6)，包括邏輯或門U4、邏輯與門U5、比例晶體管Q1，邏輯或門 U4的輸出端Y連接邏輯與門U5的輸入端B，邏輯與門U5的輸入端A連接G極引腳，輸出端 Y連接比例晶體管Ql的基極，比例晶體管Ql的柵極連接C極引腳，發射極接地。
全文摘要
本發明涉及智能IGBT，包括電源電路、C極過壓偵測電路、溫度偵測電路、E極過流偵測電路、輸入過壓欠壓偵測電路、驅動控制IGBT電路，電源電路輸入端分別與C極引腳和G極引腳連接，C極過壓偵測電路輸入端連接C極引腳、溫度偵測電路、E極過流偵測電路的輸入端分別連接E極引腳、輸入過壓欠壓偵測電路的輸入端連接G極引腳，它們的輸出端連接驅動控制IGBT電路輸入端。本方案在不改變IGBT當前封裝的情況下，在其內部設計智能電路模塊，出現異常時及時關斷IGBT，不僅省去了復雜的外圍保護電路，且所加入的電路模塊設計簡潔明了、布裝簡便，由于多用比較器、鎖存器等常規IC組成，因此成本低廉、易于實現，特別適用于電磁爐、開關電源或變頻產品領域。
文檔編號H03K17/567GK101977045SQ20101053543
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者洪堯枝, 謝波 申請人:美的集團有限公司