一種igbt故障回饋和處理電路及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種故障回饋和處理電路及方法，特別設及一種提高IGBT故障保護 可靠性和抗干擾能力的故障回饋和處理電路及方法。
【背景技術】
[0002] 絕緣柵場效應晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)具有輸入阻 抗高、驅動功率小、耐高壓大電流、開關速度快、飽和壓降小等優點，因而廣泛應用于中、大 功率開關電源中。實際工作過程中，IGBT經常會遇到各類故障，比如短路故障、過流故障、 驅動故障、VCE過壓故障等。為了避免上述故障對IGBT器件的損壞，配合驅動電路還需要 有針對不同故障形式的保護電路。保護電路根據故障形式采取降柵壓、軟關斷、打囑關斷等 保護措施，同時需要將故障信號隔離地回饋到控制巧片中，將控制信號屏蔽掉。當故障排除 時還需要將復位信號回饋到控制巧片，恢復控制信號的輸出。
[0003] 由于雜散電容、電感的存在，開關電源中會伴有隨機的干擾尖峰。當故障信號和 復位信號回饋過程中遇到干擾，則可能造成IGBT的誤保護或誤恢復，影響IGBT的正常工 作。現有技術中，為了避免電壓或電流尖峰的干擾，可W采用設置盲區的方法，如公開號為 CN102263544的中國有權專利；或采用雙故障信號，第一個故障信號固定延時之后仍然存 在故障則傳送第二個故障信號，對控制信號進行屏蔽，如公開號為CN103199832的中國專 利申請。該些電路都存在故障回饋復雜，需要額外回饋路徑，抗干擾性與保護即時性沖突的 不足。
【發明內容】
[0004] 本發明的第一個目的是：提供一種IGBT故障回饋及處理方法。該方法能夠顯著提 高故障傳輸的可靠性，避免對IGBT的誤保護和誤恢復。
[0005] 本發明的第一個目的是通過W下技術方案實現的；一種IGBT故障回饋及處理方 法，通過故障序列產生單元和故障序列處理單元實現；當故障發生時，故障序列產生單元根 據故障保護狀態產生故障窄脈沖序列，并將所述的故障窄脈沖序列通過禪合變壓器傳送到 主邊控制巧片的故障序列處理單元；主邊控制巧片中的故障序列處理單元在設定的時間之 內若檢測到兩個或兩個W上的故障窄脈沖序列，則產生屏蔽信號將控制信號屏蔽掉；故障 排除后，故障序列產生單元根據故障狀態產生恢復窄脈沖序列，并將所述的恢復窄脈沖序 列通過禪合變壓器傳送到主邊控制巧片的故障序列處理單元；主邊控制巧片中的故障序列 處理單元在設定的時間之內若檢測到兩個或兩個W上的恢復窄脈沖序列，則將屏蔽信號撤 銷，恢復控制信號的正常傳輸。
[0006] 本發明的第二個目的是提供一種IGBT故障回饋及處理電路，該目的是通過W下 技術方案實現的：
[0007] 一種IGBT故障回饋及處理電路，包括信號禪合變壓器、故障保護電路，還包括故 障序列產生單元和故障序列處理單元。所述的故障序列產生單元包括第一下拉高壓NM0S 管、第一與口、第一反相器、第二反相器、第一四位計數器、第一比較器、第一電流源、第一充 電電容、第一開關NMOS管、第一與非口、第一延時器和第一RS觸發器；所述的第一下拉高壓 NMOS管的漏極接信號禪合變壓器副邊的上端引腳，第一下拉高壓NMOS管的柵極接第一與 口的輸出端，源極接副邊供電的參考地VEE。所述第一與口的一個輸入端接第一反相器的 輸出端，另一個輸入端接第二反相器的輸出端，第二反相器的輸入端接第一四位計數器的 輸出端。所述第一反相器的輸入端接第一比較器的輸出端，所述第一比較器的輸出端同時 接入第一四位計數器的輸入端和第一延時器輸入端。所述第一延時器的輸出端接第一與非 口的一個輸入端。所述第一比較器的正輸入端接基準電壓Vkep，負輸入端分別接第一電流源 的負端、第一充電電容一端和第一開關NMOS管的漏極。所述第一電流源的正端接副邊的供 電電源VDDS，所述第一開關NMOS管的柵極接所述第一與非口的輸出端，所述第一開關NMOS 管的源極和所述第一充電電容的另一端一起接副邊的參考地VEE。所述第一與非口的另一 輸入端接第一RS觸發器的Q輸出端。所述第一RS觸發器的S輸入端接故障保護電路的輸 出端，R端接第一四位計數器輸出的自復位窄脈沖信號。
[000引所述的故障序列處理單元包括第一D觸發器、第一兩位計數器、第二比較器、第二 電流源、第二充電電容、第二開關NMOS管、第立反相器、第一窄脈沖發生器和第二D觸發器； 所述第二D觸發器的D輸入端接原邊的供電電源V孤，所述第二D觸發器的觸發端CP接收主 邊推挽驅動檢測到的故障窄脈沖序列或恢復窄脈沖序列，所述第二D觸發器的復位端化R 接第一窄脈沖發生器的輸出端，所述第二D觸發器的Q輸出端接第=反相器的輸入端。所 述第=反相器的輸出端接第二開關NMOS管的柵極，所述第二開關NMOS管的漏極分別接第 二電流源的負端、第二充電電容的一端W及第二比較器的負輸入端，第二NMOS管的源極和 第二充電電容的另一端接主邊的參考地VSS。所述第二比較器的正輸入端接參考電壓VcEP， 輸出端接第一窄脈沖發生器的輸入端和第一兩位計數器的使能端EN。所述第一兩位計數器 另一輸入端接收故障窄脈沖序列或恢復窄脈沖序列，輸出端接第一D觸發器的CP觸發端。 所述第一D觸發器接成分頻器的形式，即其反相Q輸出端接到D輸入端，第一觸發器的復位 端CLR接巧片的初始化信號。
[0009]本發明的基本工作原理如下：當IGBT發生短路、過流等故障或其驅動電路發生欠 壓、過壓等故障時，由故障保護電路對IGBT的驅動信號作出相應的保護動作。同時，故障 保護電路將故障狀態信號W窄脈沖形式傳送至故障序列產生單元，默認接收到第一個窄脈 沖表示IGBT發生故障，接收到第二個窄脈沖表示IGBT故障排除。第一個窄脈沖將第一RS 觸發器的輸出置位，上述第一充電電容的初始狀態為0V，則第一比較器輸出高電平，第一與 非口輸出低電平將第一開關NMOS關斷。第一電流源開始給第一電容充電，當充電電壓達 到AW時，第一比較器輸出低電平窄脈沖，經過延時器的固定延時之后使得第一與口的輸出 端變為高電平，第一NMOS管開通并迅速將第一電容上的電壓拉低，第一比較器又輸出高電 平。重復上述動作，從而第一比較器輸出連續的低電平窄脈沖。此窄脈沖輸入到第一反相 器和第一四位計數器中。計數器的初始狀態輸出低電平，經過第二反相器之后輸出高電平 到第一與口的一個輸入端，第一與口的另一輸入端接收第一反相器輸出的高電平窄脈沖序 列，則第一與口輸出高電平窄脈沖將第一高壓NMOS下拉管開通，將禪合變壓器副邊的上端 連續拉低產生對應于高電平窄脈沖的低電平脈沖序列。當四位計數器接收到四個窄脈沖之 后輸出高電平，并產生自復位的窄脈沖信號將四位計數器復位，同時將復位脈沖輸出到第 一RS觸發器的R輸入端，將Q輸出端復位為低電平。從而第一與非口輸出高電平將第一開 關NMOS管開通，將第一充電電容上的電位拉低。上述故障脈沖序列產生電路停止工作，直 到故障保護電路輸出下一個代表故障排除的窄脈沖信號，脈沖序列產生電路產生代表恢復 信號的窄脈沖序列。
[0010] 當故障脈沖序列傳送至禪合變壓器的主邊之后，由推挽驅動電路檢測并輸出到故 障處理單元。故障處理單元中的第一兩位計數器接收到第一個脈沖之后即開始計數。同 時第二D觸發器的CP端接收所述的脈沖序列，從第一個脈沖開始即將Q輸出端置位為高 電平，從而將第二開關NMOS管關斷。第二電流源開始給第二充電電容充電，當充電電位達 到VcEP時，第二比較器輸出低電平，將第一兩位計數器復位。同時由窄脈沖發生器產生一個 低電平的窄脈沖將第二D觸發器復位，從而將第二開關NMOS管開通，將第二充電電容的電 位拉低。如果第一兩位計數器在第二電容充電到Vcw期間內能夠檢測到兩個故障脈沖，貝U 輸出一個窄脈沖觸發第一D觸發器，同時將該兩位計數器復位。第一D觸發器的反相Q輸 出端產生一個低電平的屏蔽信號將控制巧片傳送過來的控制信號屏蔽掉。此后，故障處理 單元若再檢測到窄脈沖序列則默認為恢復信號，兩位計數器產生的窄脈沖觸發第一D觸發 器，反相Q輸出端變為高電平，即恢復控制信號的傳輸。
[0011] 本發明的有益效果在于：
[0012] 1、設置計時電路和計數電路協同工作可W避免故障信號的誤保護和誤恢復，提高 IGBT工作的可靠性；
[0013] 2、由于副邊巧片采用雙電源，可W只用一個下拉管產生故障窄脈沖序列，簡化了 電路。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明所述的故障回饋及處理電路的典型應用電路；
[0015] 圖2為本發明所述的故障回饋及處理方法的工作流程圖；
[0016] 圖3為本發明所述的故障回饋及處理電路的典型波形圖。
【具體實施方式】
[0017] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖1，附圖2,附 圖3對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明， 并不用于限定本發明。
[0018] 實施例一
[0019] 一種IGBT故障回饋和處理電路，如圖1所示，包括：故障序列產生單元12和故障 處理單元11。為了便于理解，圖中將應用電路的其它功能模塊也畫了出來，包括：第二與口 14,邊沿脈沖調制單元15,主邊推挽驅動單元16,信號禪合變壓器17,脈沖還原單元13,過 流檢測單元18,TVS管23,副邊推挽驅動19,故障保護電路21，IGBT22。
[0020] 整個電路有S個供電電源，分別為主邊的VDD15V，副邊的VDDS25V，副邊的 C0M10V，VSS和VEE分別為主邊和副邊的參考地。
[0021] 所述第二與口 14的一個輸入端接控制巧片產生的控制信號，另一個輸入端接故 障處理單元產生的屏蔽信號，輸出端接邊沿脈沖調制單元15的輸入端；所述邊沿脈沖調制 單元15的兩個輸出端分別接主邊推挽驅動單元16的兩個輸入端，16的兩個輸出端分別接 禪合變壓器17的兩個輸入端；所述禪合變壓器17的上端輸出端分別接脈沖還原單元13的 輸入端和故障序列產生單元12的輸出端，下端輸出端接副邊供電電源C0M1