IGBT驅動保護電路專利技術綜述

朱雪珍 馬璐璐

IGBT驅動保護電路專利技術綜述

朱雪珍 馬璐璐

（國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450000）

本文從專利文獻的角度對IGBT驅動保護電路的發展進行分析，介紹了IGBT驅動保護電路的技術發展路線以及國內外重要技術的發展路線。

IGBT；驅動保護；專利；技術發展

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，是目前發展最快的一種混合型電力電子器件，其溝槽結構和等效電路如圖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結構

圖2 IGBT等效電路圖

為了使得IGBT能夠穩定工作，驅動保護電路必不可少，若IGBT的驅動不良，會折損開關的壽命，并使其不能正常工作；IGBT保護電路有別于其它電路，設計不當則會損壞IGBT，因此，IGBT的穩定高效工作離不開驅動保護電路的庇護[1-2]。

2 IGBT驅動保護電路技術申請專利分析

2.1 IGBT驅動保護電路技術發展路線

為了保證IGBT工作的穩定性，一些有關IGBT驅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日申請了一項申請號為200910225997的發明專利，其提出了一種IGBT驅動與保護電路，該專利針對現有技術中掉電保護方面不夠完善即當PWM信號輸入端出現掉電的情況時，IGBT會被誤導通，以及缺乏柵極保護、集電極過壓保護的問題而提出的。技術方案中采用推挽驅動以滿足IGBT的柵極需大電流驅動的要求，通過配置不同數值的電阻來調整IGBT的開通、關斷時間，通過穩壓管實現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。

中國科學院安徽光學精密機械研究所在2012年12月27日申請了一項申請號為201210578727的發明專利，提出了一種IGBT的驅動電路，該發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，能驅動高達1700V、1600A高壓IGBT工作，驅動電路器件都采用高速元器件，驅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 國內外重要技術的發展

（1）具有驅動電壓檢測的IGBT驅動保護電路

圖3所示為中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心申請的IGBT驅動保護電路及系統（專利公開號為CN103199832 A），該電路包括控制芯片、驅動電壓監測模塊和短路及過流保護模塊，其中：驅動電壓監測模塊與控制芯片連接，用于當監測獲知IGBT的驅動電壓低于預設電壓時，向控制芯片提供低電平的電壓監測信號；控制芯片用于若接收到低電平的電壓監測信號，則發送第一故障信號，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的集電極電壓和預設參考電壓，若比較獲知集電極電壓大于等于預設參考電壓，則從短路及過流保護模塊獲取故障信號時長指示信號，并根據故障信號時長指示信號發送第二故障信號，以對所述IGBT進行短路及過流保護處理。

圖3 具有驅動電壓檢測的IGBT驅動保護電路

圖4 克服IGBT誤導通的IGBT驅動保護電路

（2）克服IGBT誤導通的IGBT驅動保護電路

國網山東省電力公司威海供電公司國家電網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誤導通的IGBT驅動保護電路，如圖4所示。其利用簡單的邏輯門等電子元器件即實現了IG?BT的快速保護。

（3）避免大電流的IGBT驅動保護電路

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20，該驅動保護電路穩定的保護了電力系統，延長了電子元器件的壽命，避免了過電流流入負載。

（4）降低電路成本的IGBT驅動保護電路

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，其包括驅動電路50、電壓保護元件30、電源70，該裝置的設計減小了芯片的面積，降低了電路的成本。

3 結語

通過以上對IGBT驅動保護電路的發展路線的分析可知，IGBT驅動保護電路正在朝著穩定化、精細化、低成本、高性能、更小尺寸、高應用的方向發展，出現了多種性能優越的IGBT驅動保護電路，使得IGBT成為大中功率開關電源、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驅動電路和安全可靠的保護電路可有效地驅動和保護IGBT。IGBT作為電力電子器件中的重要一員，把控制、觸發、保護、狀態檢測等功能集成一體，構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發展的基礎。國內外的一些重要公司也研發出了新的產品，并投入使用，同時也申請了大量的專利，未來關于IGBT驅動保護電路的發展會不斷朝著高集成度、高精度以及高可靠性發展，同時，也促進了中國專利的快速發展。

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

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