[实用新型]退饱和检测电路以及包含该退饱和检测电路的电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有退饱和检测输入和软关断能力的功率晶体管（如绝缘栅极双极晶体管（IGBT））栅极驱动光耦集成电路（IC）的可靠的Vce检测接口，特别地，涉及一种退饱和检测电路以及包含该退饱和检测电路的电路。

背景技术

逆变器功率电路的短路故障会造成绝缘栅双极晶体管（IGBT）的集电极电流上升到一个非正常的高水平电流值，从而引起绝缘栅双极晶体管（IGBT）退出饱和状态。

具有退饱和检测和软关断功能的商用化栅极驱动光耦集成电路（IC），例如Avago ACPL331J、HCPL-316J和Renesas PS9402等，但它们的缺点是内部有一个固定的退饱和输入阈值，在一些设计中该数值最低达到6.0V。

图1给出了现有技术中一种具有退饱和故障检测的栅极驱动光耦产品，Avago ACPL-331J10。Avago ACPL-331J具有软关断功能。栅极驱动光耦集成电路10的DESAT插脚（插脚14）监控绝缘栅极双极晶体管（IGBT）20的集电极－发射极电压Vce。当短路发生并且绝缘栅极双极晶体管（IGBT）20流过的电流非常大时，绝缘栅极双极晶体管（IGBT）将进入退饱和模式并且其集电极－发射极电压Vce将会上升。一旦电压Vce超出集成电路（IC）的内部退饱和故障检测阈值电压时，栅极驱动光耦集成电路10将检测到故障。当DESAT插脚（插脚14）检测到故障时，将接通在输出驱动阶段的一个弱下拉装置以“软”关断绝缘栅极双极晶体管（IGBT）从而可防止大的di/dt感应电压。

在如图1所示的传统设计中，二极管D1和D2（即为人所知的Vce检测二极管或DESAT二极管）通过电阻R2直接连接到栅极驱动光耦集成电路（IC）10的DESAT输入（插脚14），电阻R2的典型/建议值为100Ω。由电阻R1和电容C1组成的间隔时间滤波器，典型数值为1k到4.7kΩ及1n到4.7nF，并分别提供几个微秒的间隔时间。在一些方案中，电容C1可能被设置为低至100pF并且省略R1，但这种方法会引起设计的抗噪能力问题。

V_E是电源轨GD_V+和GD_V-的公共电压（一般为0V），而V_E连接到IC（插脚16），并连接到IGBT20的发射极E。

绝缘栅双极晶体管IGBT模块工作时的典型Vce饱和电压为如1.5倍至2倍的额定电流并当工作在最大额定工作温度时，典型的Vce饱和电压可能超过3V。考虑到模块构造，若产品扩展并且内部电压下降，则饱和电压会更高。

Desat输入的设计裕量可以由以下公式计算:

iD=VOH-(VD1+VD2+VCE_sat)R1+R2---(1)]]>

V_OH是栅极驱动光耦集成电路（IC）10的输出高压。V_D1（和V_D2）是退饱和（DESAT）二极管D1（和第二退饱和二极管D2（若提供的话））开通状态下的正向电压。一般选择具有至少1000V反向额定电压的二极管，然而这些二极管的正向额定电压通常比标准的低压装置高。退饱和二极管可能包括一个或多个二极管。可能提供多个串联的DESAT二极管或提供单个的DESAT二极管。