[发明专利]功率开关器件保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及机电控制领域，具体是针对功率开关器件(功率MOSFET)短路、过流保护的电路。

背景技术

在功率控制电路中短路、过流保护的方法是采用检测回路电流与预置的保护值进行比较，作为短路、过流的判断条件进行保护。其缺点：一是功率器件工作在接近短路保护值附近时无法保护，造成保护失败损坏功率器件；二是过流保护点的设置比较困难，设置过高可能造成功率器件保护失败，设置过低功率器件性能不能充分发挥；三是需要电流采样器件及判断电路，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠的功率开关器件保护电路，本发明通过检测功率开关器件导通压降进行功率开关器件的短路、过流等保护。

本发明的技术方案如下：一种功率开关器件保护电路，包括有功率开关器件驱动芯片IRS2181，功率开关器件驱动芯片IRS2181的管脚1接收外部控制电路的控制信号，管脚6连接至功率开关器件的输出端(Vs)，管脚8作为电源通过电阻接到光耦输入端阳极，光耦的输入端阴极接到可控恒流源(D2)的阴极，可控恒流源的阳极接功率开关器件的输出端(Vs)，功率开关器件驱动芯片的驱动输出引脚，即管脚7(HO)或管脚4(LO)连接功率开关器件的控制端，提供驱动电压，同时驱动输出引脚(HO/LO)通过第一电阻(R3)和二极管(D1)接到功率开关器件的输入端(VD)，在所述第一电阻(R3)和二极管(D1)之间形成检测电压(V1)，所述二极管的阳极连接至所述第一电阻，阴极连接至所述功率开关器件的输入端，所述检测电压经第二电阻(R1)和第三电阻(R2)分压，分压之后的电压送到可控恒流源(D2)的参考电压端进行电压比较，当检测电压超过参考电压时，可控恒流源导通，使光耦导通，光耦的输出经由控制电路进行相应控制，使所述功率开关器件驱动芯片输出信号关断功率开关器件的输出。本发明不需要电流检测电阻或电流传感器，功率开关器件是MOSFET管或IGBT模块。

采用检测电路检测功率开关器件的导通压降，并根据压降来取得控制信号，检测电路在设计时需要考虑功率开关器件未导通时，其压降是输入电源VDD的电压，此时，检测电路不能动作；当功率开关器件导通后，其压降跟其流过的电流有直接的关系，需要检测到功率开关器件的导通降压；设定一保护电压，把检测的电压与其比较判断得到需要的保护信号。

本发明的技术特点如下：

光耦的输出电平信号Vo作为功率管驱动芯片关断功率MOSFET管或IGBT模块的控制信号。

功率开关器件的导通压降＝导通×工作电流，通过功率开关器件的导通电阻与功率开关器件可以承受的短路电流乘积作为短路保护的保护电压，实际应用时考虑保护速度以及余量等因素，保护电压可略微低一点点。当检测到功率开关器件的导通压降超过保护电压时进行保护，不需要电流检测器件。

而功率开关器件的导通电阻与工作温度有关，温度越高导通电阻越大，功率开关器件的导通压降越大，功耗也越大，温升越大。因此，采用功率开关器件导通压降进行保护兼有过流保护和温度保护的特点。

本发明具有以下有点：

1、适用范围广。根据不同的功率MOSFET管导通电阻和保护电流，选择合适的D1、R1和R2即可满足要求。也适用IGBT的保护。

2、动作速度快。功率开关器件的导通压降直接反映工作电流，因此动作速度快，保护时间微秒级。

3、保护特性好。此方法可以适用功率MOSFET的短路、过流、过热保护，一举多得。

4、高可靠性。保护电路元器件少，没有复杂元器件。

附图说明

图1为功率MOSFET管保护电路原理图。

图2为功率MOSFET管保护电路另一种接线原理图。

图3为IGBT模块保护电路原理图。

图4为IGBT模块保护电路另一种接线原理图。

具体实施方式

参见附图1、2.

功率开关器件保护电路，采用专用驱动芯片IRS2181产生驱动功率MOSFET管的栅源极电压，当栅源极电压为0时，功率MOSFET管截止，V1电压(相对VS端)等于栅极电压即0V，D2不触发导通，光耦不导通，Vo输出高电平；当驱动芯片输出栅极电压使功率MOSFET管导通时，V1电压等于功率MOSFET管导通压降加上二极管D1的管压降，R3为限流电阻，V1经过R2分压后与D2基准电压比较，当大于D2基准电压时，D2导通，光耦导通，Vo输出低电平。根据Vo的电平可以控制驱动芯片关断栅极输出电压即关断功率MOSFET管，从而实现功率MOSFET管的保护。

图3、图4表示IGBT模块保护电路，原理同图1、图2。