[发明专利]一种IGBT功能复用的硬件软保护电路

说明书

本发明公开了一种IGBT功能复用的硬件软保护电路，包括：IGBT软关断单元，故障发生时，故障信号通过锁存器、数字隔离芯片后，控制副边MOS管强制给驱动芯片DESAT引脚充电，达到阈值触发DESAT保护，驱动芯片实现软关断保护；副边PWM波形检测单元，副边IGBT门级PWM信号通过数字隔离芯片传递回原边，DSP监控传递回的PWM信号与DSP发送的PWM信号占空比、周期是否保持一致；DESAT功能检测单元，采用数字隔离芯片将DSP给定控制信号传递至副边控制MOS管导通，触发驱动芯片DESAT软关断保护，DSP通过检测IGBT反馈的PWM信号电平高低属性判断DESAT功能是否正常。本发明在全范围内对IGBT实行软关断保护，减小器件应力，避免IGBT退饱和电流期间硬关断，同时可以检测副边PWM波形和驱动芯片DESAT功能完整性。

技术领域

本发明涉及IGBT保护领域，特别涉及一种IGBT功能复用的硬件软保护电路。

背景技术

现有IGBT在发生过压、过流、过温等一系列故障时，硬件一般是通过强制关闭PWM的方式来进行保护，此方式在小电流时可以有效保护系统安全，但在电流较大时，强制硬关断会在很大程度上加大器件应力，减少器件使用寿命。特别是在IGBT额定电流到退饱和电流期间，目前尚无针对此阶段的保护策略，如果此阶段硬关断极大可能造成IGBT因承受瞬时过压而损坏。同时考虑功能安全需求，对于IGBT的门极PWM信号实时监测也成为安全性考量的重要指标之一。本专利从上述两点出发，提出了一种功能复用的电路解决了上述两个问题，并降低了实现成本。

现有IGBT硬件保护策略主要有：

（1）现有IGBT在过压、过流、过温等故障时，主要采取强制关闭PWM的方式，在大电流时硬关断会加大IGBT器件应力；

（2）现有IGBT发生短路时，在IGBT退饱和后，驱动芯片会触发软关断或者二电平关断来抑制关断时的尖峰电压，但在其他情况都无法触发软关断保护；

（3）现有IGBT在额定电流到退饱和电流期间均未做有效地保护措施，此期间若触发硬关断极大可能会导致IGBT损坏。

（4）现有对副边IGBT门极PWM信号低成本实时监控方案不多。

发明内容

本发明目的是：本发明提出了一种IGBT功能复用的硬件软保护电路，可以有效地在全范围内对IGBT实行软关断保护，减小器件应力，有效地解决了现有方案在IGBT额定电流到退饱和电流期间硬关断的风险问题，同时可以检测副边IGBT门极PWM波形，上电检测驱动芯片DESAT功能，提高器件使用的安全性，电路复用使电路成本进一步降低。

本发明的技术方案是：

一种IGBT功能复用的硬件软保护电路，包括：

IGBT软关断单元，包括依次连接的锁存器、数字隔离芯片、充电开关；故障发生时，锁存器输出高电平，经过数字隔离芯片后，充电开关控制驱动芯片DESAT引脚充电，触发驱动芯片软关断保护，IGBT关断变缓；

副边PWM波形检测单元，采用数字隔离芯片将IGBT门极PWM信号传递回原边，DSP实时监控传递回的PWM信号占空比、周期数据是否与DSP发送的PWM信号保持一致；

驱动芯片DESAT功能检测单元，采用数字隔离芯片将DSP给定的高电平传递给充电开关，驱动副边MOS管导通给DESAT管脚充电，触发驱动芯片软关断保护；IGBT门极信号通过隔离芯片反馈回初级侧，DSP检测该PWM信号若为低电平表明DESAT功能正常，否则为异常。

优选的，所述IGBT软关断单元还包括若干采集故障信号的二极管，各二极管阴极分别接各种故障信号输出端，阳极共接一个上拉电阻构成多输入或门，或门输出端通过滤波电路连接锁存器；所述故障信号包括至少包括过流、过压、过温、欠压，当有故障发生时对应的总故障信号为低电平，锁存器输入端也为低电平，锁存器输出高电平并锁存。