[发明专利]一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路及其保护方法

权利要求书

1.一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是包括电压探测电路(1)、电流探测电路(2)、软关断保护电路(3)、降栅压保护电路(4)以及被保护绝缘栅双极型器件(5)，所述被保护绝缘栅双极型器件(5)的输入端为驱动信号，输出端分别连接电压探测电路(1)以及电流探测电路(2)的输入端，电压探测电路(1)的输出通过二极管D2连接降栅压保护电路(4)的输入端，电流探测电路(2)有两路输出，一路与软关断保护电路(3)的输入端相连，另一路通过二极管D3与降栅压保护电路(4)的输入端相连，所述二极管D2和二极管D3背靠背连接，软关断保护电路(3)与降栅压保护电路(4)的输出端连接至被保护绝缘栅双极型器件(5)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是所述电压探测电路(1)由一个二极管D1、电容C1以及电阻R1、R2和R3组成，电阻R1、R2和R3串联，驱动信号Vin的输入线与电阻R1、R2、R3并联连接至GND，电阻R3两端并联电容C1，用于调整电压上升时间，二极管D1阴极连接被保护绝缘栅双极型器件(5)漏极，二极管D1阳极连接在电阻R1和电阻R2之间；电流探测电路(2)包括电流感测绝缘栅双极型器件、电阻R4和电阻R5，电流感测绝缘栅双极型器件栅极为电流探测电路(2)的输入端，电流感测绝缘栅双极型器件源极经电阻R4和电阻R5连接GND，电流感测绝缘栅双极型器件漏极接VDD，电流感测绝缘栅双极型器件源极以及电阻R4、R5之间分别引出电流探测电路(2)的输出端；软关断保护电路(3)由一场效应管M1构成，场效应管M1栅极为软关断保护电路(3)的输入端，漏极接驱动信号，源极接GND；降栅压保护电路(4)由一场效应管M2与齐纳二极管Z1、Z2组成，场效应管M2栅极为降栅压保护电路(4)的输入端，漏极接齐纳二极管Z1阳极，源极接GND，齐纳二极管Z1阴极接驱动信号，齐纳二极管Z2阴极接场效应管M2栅极，阳极接GND，箝位M2栅压。

3.根据权利要求1或2所述的一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是电压探测电路(1)的电阻R1、R2、R3三个电阻分压，电阻R3的压降作为降栅压保护电路(4)的场效应管M2的开启压降，调整电阻R1、R2、R3的阻值比值，用于防止电压探测电路(1)过早的触发降栅压保护电路；电流探测电路(2)的电阻R4与R5阻值的比值设置为2∶1，用于调整降栅压保护电路与软关断保护电路开启的时间差。

4.根据权利要求1或2所述的一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是电流探测电路(2)的电流感测绝缘栅双极型器件与被保护绝缘栅双极型器件(5)长度一致，宽度比为1∶N，使得相同栅压与漏压下二者的漏电流比为1∶N，N的值设置为 800～1200。

5.根据权利要求3所述的一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，其特征是电流探测电路(2)的电流感测绝缘栅双极型器件与被保护绝缘栅双极型器件(5)长度一致，宽度比为1∶N，使得相同栅压与漏压下二者的漏电流比为1∶N，N的值设置为800～1200。

6.权利要求1-5任一项所述的一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路的保护方法，其特征是自保护电路同时采用电压探测电路(1)与电流探测电路(2)，通过两个背靠背二极管D2、D3使电压探测电路(1)与电流探测电路(2)之间的信号相互隔离，使得二者反馈信号一起连接至降栅压保护电路(4)的信号接收端，包括以下步骤：

电压探测电路(1)通过调整电阻R3、电容C1的值使得电容C1的充电时间Δt＝RC长于200ns，通过调整电阻R1、R2、R3的比值来控制电阻R3的压降，从而使被保护绝缘栅双极型器件(5)开启时反馈信号强度不会触发降栅压电路动作；

当被保护绝缘栅双极型器件(5)从正常工作状态进入短路状态时，漏源电压增大，电压探测电路(1)的电阻R2、R3上的电压被抬高，当电阻R3上的电压差超过降栅压保护电路(4)的场效应管M2的死区电压Vth时，场效应管M2开启，将被保护绝缘栅双极型器件(5)栅压拉低，实现降栅压保护；

同样，当被保护绝缘栅双极型器件(5)从正常工作状态进入短路状态时，漏源电流增大，电流探测电路(2)的电流感测绝缘栅双极型器件漏源电流与被保护绝缘栅双极型器件(5)成比例，当短路电流使电阻R4、R5上的总压差超过降栅压保护电路(4)的场效应管M2的死区电压Vth时，场效应管M2开启，将被保护绝缘栅双极型器件(5)栅压拉低，实现降栅压保护；

在降栅压保护电路(4)启动后，若被保护绝缘栅双极型器件(5)漏源短路电流继续增大，当短路电流使电压探测电路(1)的电阻R5上的压差超过软关断保护电路(3)的场效应管M1的死区电压Vth时，场效应管M1开启，彻底拉低被保护绝缘栅双极型器件(5)的栅压，关断被保护绝缘栅双极型器件(5)。