[发明专利]高速晶体管短路保护电路

说明书

本发明公开了一种高速晶体管短路保护电路，该电路由过流检测模块、阈值比较模块、关断执行模块及脉冲放大模块连接组成。相比传统的短路保护电路，本发明的保护响应快(可在2微秒内)，从而能够不降额的使用这类短路时间裕量很小的MOSFET。

技术领域

本发明本申请涉及电力电子领域，特别涉及一种高速晶体管短路保护电路。

背景技术

随着节能环保深入人心，诸多新兴应用需要功率器件具备更高的转换效率以及更小的体积。这就对电力电子器件提出了高频率、低损耗的新要求。而实现高频率、低损耗往往会带来一些其他性能的降低。例如，有些MOSFET在实现高频率、低损耗的同时降低了其短路时间裕量(小于2微秒)，这就对其短路保护电路提出了新的要求。因此，保护电路的设计就成为实现高速低响应延迟的重要一环。首先，整个电路的各个环节延时要尽可能短，这些环节主要包括过流检测、阈值比较、关断执行；其次，需要考虑较快的关断动作时，对MOSFET带来的负面影响，需采取措施减小这些负面影响。

以往在使用这类MOSFET时，往往对其采取了降额使用的方式，例如，原本可用于电流300A的场合，现仅用于电流150A的场合，以换取MOSFET在短路时有更长的耐受时间(短路时间裕量)。

目前的MOSFET短路保护电路响应时间多在6微秒以上，国内外尚未见到能应对2微秒短路时间裕量的MOSFET的短路保护电路研究成果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对于短路时间裕量很小(2微秒内)的MOSFET目前缺少合适的保护电路。本发明提供一种高速晶体管短路保护电路，它可以在2微秒内动作并保护MOSFET短路情况。而原来需通过MOSFET降额使用的方式，本发明可不必再降额使用，节省了MOSFET的功率，从而降低了成本。

为解决上述技术问题，本发明的高速MOSFET短路保护电路，包括被保护的第一晶体管，其特征在于，还包括过流检测模块、阈值比较模块，关断执行模块以及脉冲放大模块，其中，所述过流检测模块连接第一晶体管的源极或漏极，用于电流采样，所述过流检测模块输出采样信号至所述阈值比较模块，所述阈值比较模块当收到采样信号时输出比较信号至所述关断执行模块，所述关断执行模块当收到比较信号时输出开关信号至脉冲放大模块。

优选地，当采样信号高于或低于一个预定阈值时所述阈值比较模块输出比较信号；所述关断执行模块收到阈值比较模块提供的有效信号时开通；所述脉冲放大模块用于将100mA以内的脉冲小电流转换为1A以上的大电流、高速脉冲信号。

优选地，所述第一晶体管为MOSFET或IGBT。

优选地，所述过流检测模块包括：

第二MOSFET，所述第二MOSFET的栅极与第一晶体管的栅极连接，所述第二MOSFET的漏极与第一晶体管的漏极连接；

第一电阻，所述第一电阻的一端接地，另一端接所述第二MOSFET的源极；

所述第一电阻与第二MOSFET的连接处连接过流检测模块的输出端。

优选地，流过该第二MOSFET的电流与第一晶体管的关系以第二MOSFET的电流比第一晶体管的电流等于第二MOSFET的的硅片长宽比再比上第一晶体管的硅片长宽比的倒数实现。

优选地，所述阈值比较模块包括：

第三MOSFET，该第三MOSFET的栅极连接阈值比较模块的输入端，该第三MOSFET的源极连接地；

第二三极管，该第二三极管为PNP型，该第二三极管的集电极连接阈值比较模块的输出端；

第二电阻，该第二电阻一端连接所述第三MOSFET的漏极，另一端连接电源和第二三极管的发射极；