[发明专利]大功率晶体管快速短路保护电路

说明书

本发明涉及一种大功率晶体管（以下简称GTR）短路保护电路，当外界电路发生短路或由于过载而使GTR工作进入非饱和区时，迅速使GTR关断，以使GTR得到保护。

GTR在工业生产中有极为广泛的应用，如用于交流变频器、逆变器等中，其作用非常重要，是设备中最核心的部件之一。使GTR免遭损坏是各种保护的主要任务，这其中对GTR威胁最大的短路保护难度最大。从目前国内外使用GTR的情况看，尚未发现哪一家对GTR实施非常有效的短路保护，也未检索到与本发明技术内容相同或相近的有关专利文献。由于我国尚不能生产GTR，工业生产使用要全部依赖于进口，价格非常昂贵，使用中一旦发生短路，GTR就被烧毁，除了GTR的直接经济损失外，还有影响生产所造成的经济损失，不安全因素及大量的维修工作。

本发明的目的旨在针对现有技术中存在的问题提出一种保护电路，它能够在发生短路时迅速使GTR关断，以使GTR得到保护而不被烧毁。

为实现上述目的，本发明提出的保护电路由检测器、比较器、锁存器和倒相器4部分组成，检测器对GTR的集射电压U_CB进行检测，其输出电压与比较器的基准电压进行比较，若高于基准电压，说明GTR工作进入非饱和区，比较器输出一高电平，此高电平将锁存器触发，输出一保护信号，经倒相器倒相后送驱动电路，封锁驱动信号，使GTR关断。

附图所示为本发明的电路方框图。

如图所示，本发明提出的保护电路由检测器、比较器、锁存器和倒相器四部分组成。当GTR发生短路时，GTR运行退出饱和区，集射电压U_CB迅速上升，检测器通过对U_CB电压的检测来获取过流信号，检测器具有对GTR运行状态的鉴别能力，只对存在驱动信号期间进行检测，在没有驱动信号的期间检测自动屏蔽。检测器的输出电压与比较器的基准电压进行比较，若高于基准电压，说明GTR过流或短路发生，比较器输出一高电平，此高电平将锁存器触发，输出一保护信号。由于锁存器一旦被触发，其状态就被锁住了，所以一旦过流发生，保护信号将一直出现在锁存器的输出端，此保护信号经倒相后，送入驱动器，封锁驱动信号，使GTR关断。

GTR短路保护电路必须具有极快的响应速度。在短路情况下，GTR器件同时承受着高电压和大电流的冲击，巨大的瞬时功率使结温急剧上升，若不能快速关断GTR，GTR器件将被烧毁。所以短路保护电路一个非常重要的性能指标是它的快速性。通常在额定电压下，GTR器件的不重复短路耐量为50微秒。短路时间愈短，GTR器件所能承受的短路冲击次数愈多。若能在10微秒内将GTR判断，则GTR器件能承受的短路冲击次数可达1000次。本发明提出的短路保护电路响应时间为2.5微秒，其响应速度已超过集成电路UAA4002。由于短路保护电路必须具有强的抗干扰能力，响应的快速性和抗干扰性之间是矛盾的，所以保护电路在实际高度时应兼顾快速性和抗干扰性，使两者得到最佳折中。本发明将2.5微秒的响应时间调到10微秒，电路便具有很强的抗干扰能力。本发明电路简单，调试方便，应用范围广，适用于各种达林顿结构的GTR器件的保护，且电路所选用的元器件价格极为便宜。