[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

说明书

技术领域

本发明涉及绝缘栅双极型器件的短路自保护技术领域，更具体的说，是关于一种用于逆变器、PDP驱动芯片中使用的绝缘栅双极型器件免于高压大电流损坏的短路自保护电路设计，为一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路及其保护方法。

背景技术

随着人们对现代化生活需求的日益增强，功率集成电路产品的性能越来越受到关注，其中功率集成电路处理高电压、大电流的能力越来越成为最为主要的性能指标之一。决定功率集成电路处理高电压、大电流能力大小的因素除了功率集成电路本身电路结构、设计以及电路所采用的制造工艺之外，相同面积的单个器件能承受的电流能力也是衡量功率集成电路性能和成本的关键。

绝缘栅双极型器件综合了双极型晶体管和绝缘栅场效应管器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。然而由于绝缘栅双极型晶体管高压大电流的属性，造成它在短路时的漏源电流极大，因而其只能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该器件的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于2V的绝缘栅双极型器件允许承受的短路时间小于5μs，而饱和压降3V的绝缘栅双极型器件允许承受的短路时间可达15μs，4～5V时可达30μs以上。存在以上关系是由于随着饱和导通压降的降低，绝缘栅双极型器件的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。为在承受时间之内关断绝缘栅双极型器件，人们在绝缘栅双极型器件驱动电路中提出各种短路自保护方法。

绝缘栅双极型器件短路自保护电路可采取的探测原理有：检测短路时漏极与源极之间电压V_DS增大的原理、检测短路时漏极电流I_DS增大的原理，检测短路时栅压上升的原理。从而实现短路保护、降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护。上述方法中，简单、易实现的方法是检测短路时，漏极与源极之间的电压V_DS实现短路探测，又称退饱和法，此方法采用的是间接电压法。因为绝缘栅双极型器件过流时漏极与源极间电压V_DS增大且基本上为线性关系，故检测过流时的漏源电压V_DS并与设定电压进行比较。比较器输出控制驱动电路的关断也是一个很好的方法。但这种方法中普遍采用绝缘栅双极型器件专用驱动器如EXB841，价格昂贵，在中小功率的生产应用中会使得成本增加。

无论是上面所述的漏源电压探测电路，还是漏源电流探测电路，他们有一个共同的缺点，即是仅仅探测短路时一个参数值的超标，只能称之为过压探测电路或过流探测电路。因而合理的结合多种探测方法探测出绝缘栅双极型器件短路时的过压与过流，但又不使他们之间信号产生相互干扰成为短路保护电路设计时的一个极其重要的考虑因素。

发明内容

本发明要解决的问题是：绝缘栅双极型器件需要短路保护，现有的保护方式存在需要专门电路，价格昂贵，工艺复杂等缺点，且仅仅探测短路时一个参数值的超标，不能满足短路保护的需求。

本发明的技术方案为：一种绝缘栅双极型器件短路自保护电路，包括电压探测电路、电流探测电路、软关断保护电路、降栅压保护电路以及被保护绝缘栅双极型器件，所述被保护绝缘栅双极型器件的输入端为驱动信号，输出端分别连接电压探测电路以及电流探测电路的输入端，电压探测电路的输出通过二极管D2连接降栅压保护电路的输入端，电流探测电路有两路输出，一路与软关断保护电路的输入端相连，另一路通过二极管D3与降栅压保护电路的输入端相连，所述二极管D2和二极管D3背靠背连接，软关断保护电路与降栅压保护电路的输出端连接至被保护绝缘栅双极型器件的输入端。