朱雪珍 馬璐璐

IGBT驅(qū)動保護電路專利技術(shù)綜述

朱雪珍 馬璐璐

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450000）

本文從專利文獻的角度對IGBT驅(qū)動保護電路的發(fā)展進行分析，介紹了IGBT驅(qū)動保護電路的技術(shù)發(fā)展路線以及國內(nèi)外重要技術(shù)的發(fā)展路線。

IGBT；驅(qū)動保護；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)動保護電路必不可少，若IGBT的驅(qū)動不良，會折損開關(guān)的壽命，并使其不能正常工作；IGBT保護電路有別于其它電路，設(shè)計不當(dāng)則會損壞IGBT，因此，IGBT的穩(wěn)定高效工作離不開驅(qū)動保護電路的庇護[1-2]。

2 IGBT驅(qū)動保護電路技術(shù)申請專利分析

2.1 IGBT驅(qū)動保護電路技術(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)動保護電路的專利申請自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日申請了一項申請?zhí)枮?00910225997的發(fā)明專利，其提出了一種IGBT驅(qū)動與保護電路，該專利針對現(xiàn)有技術(shù)中掉電保護方面不夠完善即當(dāng)PWM信號輸入端出現(xiàn)掉電的情況時，IGBT會被誤導(dǎo)通，以及缺乏柵極保護、集電極過壓保護的問題而提出的。技術(shù)方案中采用推挽驅(qū)動以滿足IGBT的柵極需大電流驅(qū)動的要求，通過配置不同數(shù)值的電阻來調(diào)整IGBT的開通、關(guān)斷時間，通過穩(wěn)壓管實現(xiàn)對柵極的保護以及通過電容進行集電極的尖峰吸收，進行過壓保護。

中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所在2012年12月27日申請了一項申請?zhí)枮?01210578727的發(fā)明專利，提出了一種IGBT的驅(qū)動電路，該發(fā)明輸入信號采用光纖隔離，電源模塊采用絕緣隔離直流電源模塊，絕緣強度大，能驅(qū)動高達1700V、1600A高壓IGBT工作，驅(qū)動電路器件都采用高速元器件，驅(qū)動信號輸出與信號輸入之間的延遲較小，且延時抖動較小，特別適合一些對時序要求較高的場合。

2.2 國內(nèi)外重要技術(shù)的發(fā)展

（1）具有驅(qū)動電壓檢測的IGBT驅(qū)動保護電路

圖3所示為中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心申請的IGBT驅(qū)動保護電路及系統(tǒng)（專利公開號為CN103199832 A），該電路包括控制芯片、驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊和短路及過流保護模塊，其中：驅(qū)動電壓監(jiān)測模塊與控制芯片連接，用于當(dāng)監(jiān)測獲知IGBT的驅(qū)動電壓低于預(yù)設(shè)電壓時，向控制芯片提供低電平的電壓監(jiān)測信號；控制芯片用于若接收到低電平的電壓監(jiān)測信號，則發(fā)送第一故障信號，以對所述IGBT進行欠壓保護處理；控制芯片還與所述短路及過流保護模塊連接，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模塊獲取故障信號時長指示信號，并根據(jù)故障信號時長指示信號發(fā)送第二故障信號，以對所述IGBT進行短路及過流保護處理。

圖3 具有驅(qū)動電壓檢測的IGBT驅(qū)動保護電路

圖4 克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動保護電路

（2）克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動保護電路

國網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司國家電網(wǎng)公司提出的專利申請（專利公告號為CN205666809U）中給出了一種能夠有效克服IGBT誤導(dǎo)通的IGBT驅(qū)動保護電路，如圖4所示。其利用簡單的邏輯門等電子元器件即實現(xiàn)了IG?BT的快速保護。

（3）避免大電流的IGBT驅(qū)動保護電路

韓國電子科技提出的專利申請（專利公開號為KR20160025849 A）中給出了一種IGBT驅(qū)動保護裝置，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)動保護電路穩(wěn)定的保護了電力系統(tǒng)，延長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)動保護電路

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

3 結(jié)語

通過以上對IGBT驅(qū)動保護電路的發(fā)展路線的分析可知，IGBT驅(qū)動保護電路正在朝著穩(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)動保護電路，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，這些性能良好的IGBT驅(qū)動電路和安全可靠的保護電路可有效地驅(qū)動和保護IGBT。IGBT作為電力電子器件中的重要一員，把控制、觸發(fā)、保護、狀態(tài)檢測等功能集成一體，構(gòu)成新一代的功率集成器件，使動力和信息合一，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，同時也申請了大量的專利，未來關(guān)于IGBT驅(qū)動保護電路的發(fā)展會不斷朝著高集成度、高精度以及高可靠性發(fā)展，同時，也促進了中國專利的快速發(fā)展。

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

[2]何秀華，楊景紅.大功率IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計[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:計算機領(lǐng)域的發(fā)明專利審查；馬璐璐（1987-），女，碩士，審查員，研究方向:計算機領(lǐng)域的發(fā)明專利審查。