IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路專利技術(shù)綜述

朱雪珍 馬璐璐

IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路專利技術(shù)綜述

朱雪珍 馬璐璐

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450000）

本文從專利文獻(xiàn)的角度對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的發(fā)展進(jìn)行分析，介紹了IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的技術(shù)發(fā)展路線以及國(guó)內(nèi)外重要技術(shù)的發(fā)展路線。

IGBT；驅(qū)動(dòng)保護(hù)；專利；技術(shù)發(fā)展

Abstract:This paper analyzes the development of IGBT drive and protection circuit technology from the perspec?tive of patent,introduces the development route of IGBT drive and protection circuit,and the technical route and development direction of domestic important technology.

Key words:iGBT;driveand protection;patent;technology development

1 IGBT電路簡(jiǎn)介

I GBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是絕緣柵雙極晶體管的縮寫，是目前發(fā)展最快的一種混合型電力電子器件，其溝槽結(jié)構(gòu)和等效電路如圖1和圖2所示。由圖2可知，若在IGBT的G端和E端施加正向電壓，則IGBT導(dǎo)通；若IGBT的G端和E端之間的電壓為零，則IGBT截止。

圖1 溝槽IGBT結(jié)構(gòu)

圖2 IGBT等效電路圖

為了使得IGBT能夠穩(wěn)定工作，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路必不可少，若IGBT的驅(qū)動(dòng)不良，會(huì)折損開關(guān)的壽命，并使其不能正常工作；IGBT保護(hù)電路有別于其它電路，設(shè)計(jì)不當(dāng)則會(huì)損壞IGBT，因此，IGBT的穩(wěn)定高效工作離不開驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的庇護(hù)[1-2]。

2 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路技術(shù)申請(qǐng)專利分析

2.1 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路技術(shù)發(fā)展路線

為了保證IGBT工作的穩(wěn)定性，一些有關(guān)IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的專利申請(qǐng)自1999年以來開始迅速增加，并在近幾年得到快速發(fā)展。

寧波德斯科電子科技有限公司在2009年11月23日申請(qǐng)了一項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮?00910225997的發(fā)明專利，其提出了一種IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路，該專利針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中掉電保護(hù)方面不夠完善即當(dāng)PWM信號(hào)輸入端出現(xiàn)掉電的情況時(shí)，IGBT會(huì)被誤導(dǎo)通，以及缺乏柵極保護(hù)、集電極過壓保護(hù)的問題而提出的。技術(shù)方案中采用推挽驅(qū)動(dòng)以滿足IGBT的柵極需大電流驅(qū)動(dòng)的要求，通過配置不同數(shù)值的電阻來調(diào)整IGBT的開通、關(guān)斷時(shí)間，通過穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)對(duì)柵極的保護(hù)以及通過電容進(jìn)行集電極的尖峰吸收，進(jìn)行過壓保護(hù)。

中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所在2012年12月27日申請(qǐng)了一項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮?01210578727的發(fā)明專利，提出了一種IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，該發(fā)明輸入信號(hào)采用光纖隔離，電源模塊采用絕緣隔離直流電源模塊，絕緣強(qiáng)度大，能驅(qū)動(dòng)高達(dá)1700V、1600A高壓IGBT工作，驅(qū)動(dòng)電路器件都采用高速元器件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出與信號(hào)輸入之間的延遲較小，且延時(shí)抖動(dòng)較小，特別適合一些對(duì)時(shí)序要求較高的場(chǎng)合。

2.2 國(guó)內(nèi)外重要技術(shù)的發(fā)展

（1）具有驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

圖3所示為中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心申請(qǐng)的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路及系統(tǒng)（專利公開號(hào)為CN103199832 A），該電路包括控制芯片、驅(qū)動(dòng)電壓監(jiān)測(cè)模塊和短路及過流保護(hù)模塊，其中：驅(qū)動(dòng)電壓監(jiān)測(cè)模塊與控制芯片連接，用于當(dāng)監(jiān)測(cè)獲知IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓低于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，向控制芯片提供低電平的電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)；控制芯片用于若接收到低電平的電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)，則發(fā)送第一故障信號(hào)，以對(duì)所述IGBT進(jìn)行欠壓保護(hù)處理；控制芯片還與所述短路及過流保護(hù)模塊連接，還用于接收所述IGBT的集電極電壓和預(yù)設(shè)參考電壓，若比較獲知集電極電壓大于等于預(yù)設(shè)參考電壓，則從短路及過流保護(hù)模塊獲取故障信號(hào)時(shí)長(zhǎng)指示信號(hào)，并根據(jù)故障信號(hào)時(shí)長(zhǎng)指示信號(hào)發(fā)送第二故障信號(hào)，以對(duì)所述IGBT進(jìn)行短路及過流保護(hù)處理。

圖3 具有驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

圖4 克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

（2）克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司國(guó)家電網(wǎng)公司提出的專利申請(qǐng)（專利公告號(hào)為CN205666809U）中給出了一種能夠有效克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，如圖4所示。其利用簡(jiǎn)單的邏輯門等電子元器件即實(shí)現(xiàn)了IG?BT的快速保護(hù)。

（3）避免大電流的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

韓國(guó)電子科技提出的專利申請(qǐng)（專利公開號(hào)為KR20160025849 A）中給出了一種IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，該裝置包括兩大模塊即輸出電壓比較單元10和過電流切換開關(guān)20，該驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路穩(wěn)定的保護(hù)了電力系統(tǒng)，延長(zhǎng)了電子元器件的壽命，避免了過電流流入負(fù)載。

（4）降低電路成本的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

日本公司NIPPONDENSO CO LTD提出的專利申請(qǐng)（專利公開號(hào)為JP6048164B2 B2）中給出了一種IGBT的過電流保護(hù)裝置，其包括驅(qū)動(dòng)電路50、電壓保護(hù)元件30、電源70，該裝置的設(shè)計(jì)減小了芯片的面積，降低了電路的成本。

3 結(jié)語(yǔ)

通過以上對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的發(fā)展路線的分析可知，IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路正在朝著穩(wěn)定化、精細(xì)化、低成本、高性能、更小尺寸、高應(yīng)用的方向發(fā)展，出現(xiàn)了多種性能優(yōu)越的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，使得IGBT成為大中功率開關(guān)電源、逆變器等電力電子裝置的理想功率器件，同時(shí)，這些性能良好的IGBT驅(qū)動(dòng)電路和安全可靠的保護(hù)電路可有效地驅(qū)動(dòng)和保護(hù)IGBT。IGBT作為電力電子器件中的重要一員，把控制、觸發(fā)、保護(hù)、狀態(tài)檢測(cè)等功能集成一體，構(gòu)成新一代的功率集成器件，使動(dòng)力和信息合一，這將是今后高可靠、小型化電力電子系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外的一些重要公司也研發(fā)出了新的產(chǎn)品，并投入使用，同時(shí)也申請(qǐng)了大量的專利，未來關(guān)于IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的發(fā)展會(huì)不斷朝著高集成度、高精度以及高可靠性發(fā)展，同時(shí)，也促進(jìn)了中國(guó)專利的快速發(fā)展。

[1]伍小杰，曹興等.IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路研究[J].電氣傳動(dòng)，2010（10）.

[2]何秀華，楊景紅.大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J].電子工程師，2008（9）.

Overview of Patent Technology for IGBT Drive and Protection Circuit

Zhu Xuezhen MA Lulu
(Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office,SIPO,Zhengzhou 450000,Henan,China)

TP21

A

1003-5168(2017)09-0058-02

2017-5-20

朱雪珍（1983-），女，碩士，審查員，研究方向:計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)明專利審查；馬璐璐（1987-），女，碩士，審查員，研究方向:計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)明專利審查。