IGBT驱动保护电路专利技术综述

朱雪珍 马璐璐

IGBT驱动保护电路专利技术综述

朱雪珍 马璐璐

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450000）

本文从专利文献的角度对IGBT驱动保护电路的发展进行分析，介绍了IGBT驱动保护电路的技术发展路线以及国内外重要技术的发展路线。

IGBT；驱动保护；专利；技术发展

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电路简介

I GBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是绝缘栅双极晶体管的缩写，是目前发展最快的一种混合型电力电子器件，其沟槽结构和等效电路如图1和图2所示。由图2可知，若在IGBT的G端和E端施加正向电压，则IGBT导通；若IGBT的G端和E端之间的电压为零，则IGBT截止。

图1 沟槽IGBT结构

图2 IGBT等效电路图

为了使得IGBT能够稳定工作，驱动保护电路必不可少，若IGBT的驱动不良，会折损开关的寿命，并使其不能正常工作；IGBT保护电路有别于其它电路，设计不当则会损坏IGBT，因此，IGBT的稳定高效工作离不开驱动保护电路的庇护[1-2]。

2 IGBT驱动保护电路技术申请专利分析

2.1 IGBT驱动保护电路技术发展路线

为了保证IGBT工作的稳定性，一些有关IGBT驱动保护电路的专利申请自1999年以来开始迅速增加，并在近几年得到快速发展。

宁波德斯科电子科技有限公司在2009年11月23日申请了一项申请号为200910225997的发明专利，其提出了一种IGBT驱动与保护电路，该专利针对现有技术中掉电保护方面不够完善即当PWM信号输入端出现掉电的情况时，IGBT会被误导通，以及缺乏栅极保护、集电极过压保护的问题而提出的。技术方案中采用推挽驱动以满足IGBT的栅极需大电流驱动的要求，通过配置不同数值的电阻来调整IGBT的开通、关断时间，通过稳压管实现对栅极的保护以及通过电容进行集电极的尖峰吸收，进行过压保护。

中国科学院安徽光学精密机械研究所在2012年12月27日申请了一项申请号为201210578727的发明专利，提出了一种IGBT的驱动电路，该发明输入信号采用光纤隔离，电源模块采用绝缘隔离直流电源模块，绝缘强度大，能驱动高达1700V、1600A高压IGBT工作，驱动电路器件都采用高速元器件，驱动信号输出与信号输入之间的延迟较小，且延时抖动较小，特别适合一些对时序要求较高的场合。

2.2 国内外重要技术的发展

（1）具有驱动电压检测的IGBT驱动保护电路

图3所示为中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心申请的IGBT驱动保护电路及系统（专利公开号为CN103199832 A），该电路包括控制芯片、驱动电压监测模块和短路及过流保护模块，其中：驱动电压监测模块与控制芯片连接，用于当监测获知IGBT的驱动电压低于预设电压时，向控制芯片提供低电平的电压监测信号；控制芯片用于若接收到低电平的电压监测信号，则发送第一故障信号，以对所述IGBT进行欠压保护处理；控制芯片还与所述短路及过流保护模块连接，还用于接收所述IGBT的集电极电压和预设参考电压，若比较获知集电极电压大于等于预设参考电压，则从短路及过流保护模块获取故障信号时长指示信号，并根据故障信号时长指示信号发送第二故障信号，以对所述IGBT进行短路及过流保护处理。

图3 具有驱动电压检测的IGBT驱动保护电路

图4 克服IGBT误导通的IGBT驱动保护电路

（2）克服IGBT误导通的IGBT驱动保护电路

国网山东省电力公司威海供电公司国家电网公司提出的专利申请（专利公告号为CN205666809U）中给出了一种能够有效克服IGBT误导通的IGBT驱动保护电路，如图4所示。其利用简单的逻辑门等电子元器件即实现了IG⁃BT的快速保护。

（3）避免大电流的IGBT驱动保护电路

韩国电子科技提出的专利申请（专利公开号为KR20160025849 A）中给出了一种IGBT驱动保护装置，该装置包括两大模块即输出电压比较单元10和过电流切换开关20，该驱动保护电路稳定的保护了电力系统，延长了电子元器件的寿命，避免了过电流流入负载。

（4）降低电路成本的IGBT驱动保护电路

日本公司NIPPONDENSO CO LTD提出的专利申请（专利公开号为JP6048164B2 B2）中给出了一种IGBT的过电流保护装置，其包括驱动电路50、电压保护元件30、电源70，该装置的设计减小了芯片的面积，降低了电路的成本。

3 结语

通过以上对IGBT驱动保护电路的发展路线的分析可知，IGBT驱动保护电路正在朝着稳定化、精细化、低成本、高性能、更小尺寸、高应用的方向发展，出现了多种性能优越的IGBT驱动保护电路，使得IGBT成为大中功率开关电源、逆变器等电力电子装置的理想功率器件，同时，这些性能良好的IGBT驱动电路和安全可靠的保护电路可有效地驱动和保护IGBT。IGBT作为电力电子器件中的重要一员，把控制、触发、保护、状态检测等功能集成一体，构成新一代的功率集成器件，使动力和信息合一，这将是今后高可靠、小型化电力电子系统发展的基础。国内外的一些重要公司也研发出了新的产品，并投入使用，同时也申请了大量的专利，未来关于IGBT驱动保护电路的发展会不断朝着高集成度、高精度以及高可靠性发展，同时，也促进了中国专利的快速发展。

[1]伍小杰，曹兴等.IGBT驱动保护电路研究[J].电气传动，2010（10）.

[2]何秀华，杨景红.大功率IGBT驱动电路的设计[J].电子工程师，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，硕士，审查员，研究方向:计算机领域的发明专利审查；马璐璐（1987-），女，硕士，审查员，研究方向:计算机领域的发明专利审查。