一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测方法，所述方法包括：当IGBT出现过流时，IGBT关断出现电压尖峰，当IGBT两端电压超过有源钳位二极管的击穿电压时，有源钳位电路工作，将IGBT钳位在保护电压上；检测电路有效地提取有源钳位动作时流过TVS支路电流的时间或存在钳位电压的时间并将该时间信号传递给处理器电路；处理器对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计；当处理器电路接收到流过TVS支路电流的时间信号或存在钳位电压的时间信号超过系统设置时间时，即可判定IGBT存在过流故障。本发明专利技术还提供了一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置。

An IGBT overcurrent detection device and method based on active clamp feedback mode

The invention provides an overcurrent detection method for IGBT based on active clamp feedback type. The method includes: when the IGBT overcurrent occurs, the voltage spike occurs when the IGBT is turned off; when the voltage at both ends of the IGBT exceeds the breakdown voltage of the active clamp diode, the active clamp circuit works and the IGBT is clamped on the protection voltage effectively; The time of the current flowing through the TVS branch or the time when the clamping voltage exists during the active clamping operation is extracted and transmitted to the processor circuit; the processor counts the time and frequency of the signals transmitted by the detection circuit; when the processor circuit receives the time signal flowing through the TVS branch current or there is a clamping voltage When the time signal exceeds the setting time of the system, it can be determined that IGBT has overcurrent fault. The invention also provides a IGBT overcurrent detection device based on an active clamp feedback type.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置及方法
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置及方法。
技术介绍
绝缘栅双极性晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor)IGBT广泛应用于电力电子电路装置中。在高压大功率应用中，IGBT往往承受较大电流，IGBT过流是造成IGBT器件损坏的重要原因。在实际应用中，由于负载过载，外部干扰，内部信号错误等原因，都会造成IGBT器件电流急剧增加，超过其容量限制，此时需要关断IGBT器件进行保护，以免IGBT过热损坏。目前IGBT器件的过流检测主要方法有三种：一、退饱和检测方法：借助器件导通压降与集电极电流之间的关系，通过检测器件端电压来实现；二、di/dt方法：检测IGBT开尔文发射极与功率发射极之间的寄生电感上的电压来进行。三、电流传感器方法：直接采用电流传感器，根据传感器的安装位置不同，可以安装在直流母线侧，或负载侧。通过软件评估是否存在过流。方法一和方法二主要针对于IGBT短路保护(过流的一种，故障回路阻抗非常小，电流上升率非常快)。时间一般在10us以内，此类短路电流较大，必须在短时间内将IGBT关断，否则会出现IGBT炸管事件。IGBT发生短路时，典型特征是发生退饱和行为，此时借助方法一可以有效检测。另外，IGBT发生短路的前期，电流上升率非常快，此时可以借助方法二进行检测。方法三主要针对过流回路阻抗较大场合，电流的上升率较缓，电流的上升率在辅助发射极电压也太小，同时过流值不足以使得IGBT产生退饱和行为。此类过流在短时间内不足以将损坏IGBT。但是特殊工况下，如果出现短时间大电流频繁开通关断，短时间内IGBT会产生热积累，也会存在一定的风险。大功率IGBT为了过压保护，一般存在有源钳位电路。有源钳位电路，由多个瞬变电压抑制二极管(TransientVoltageSuppressors)TVS串联组成。在短时间内被频繁的击穿，也面临热损耗问题，影响了系统的可靠性。方法三虽能检测出系统过流，但无法甄别过流路径，不便于故障分析。另外，由于方法三的电流传感器是装在负载侧，一般是通过软件检测，其在检测时间上会有一定的延时。因此，现急需对IGBT过流检测的装置及方法进行改进。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种有源钳位反馈型的IGBT过流检测的装置及方法，旨在提高对过流行为检测的快速性、准确性及全面性。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其驱动电路包括处理器电路，推挽电路，有源钳位电路及检测电路，其中处理器电路用于接收PWM输入信号，驱动后面的推挽电路，同时对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计，并上传给上位机；推挽电路用于将接收的PWM信号放大后驱动IGBT；有源钳位电路用于IGBT的过电压保护；检测电路用于检测有源钳位电路的动作信号并将该信号传给处理器。优选的，所述处理器电路采用可编程逻辑器件(ComplexProgrammableLogicDevice)CPLD或(FieldProgrammableGateArray)FPGA。优选的，所述推挽电路由互补的晶体管或MOS管组成。优选的，所述有源钳位电路由多个瞬变电压抑制二极管TVS和一个二极管串联组成。优选的，所述检测电路由电流型检测电路或电压型检测电路组成。优选的，所述电流型检测电路由电阻R1、R2、R3，二极管D2，稳压二极管Dz2和三极管Q1组成；其中，二极管D2的阳极接有源钳位电路中二极管D1的阳极，二极管D2的阴极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接稳压二极管Dz2的阴极，Dz2的阳极接参考地，同时稳压二极管Dz2的阴极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极的一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源Vcc2，三极管Q1的集电极接到处理器电路的输入口。优选的，所述电压型检测电路由电阻R21、R22、R23、R24、R25，比较器U1和三极管Q21组成；其中，比较器U1的正向输入端分别接电阻R21一端及有源钳位电路中D1的阳极；电阻R21另一端接地，比较器U1的反向输入端分别接电阻R24、R25的一端；电阻R24的另一端接电源Vcc2，电阻R25另一端接地；比较器U1的输出端接电阻R22；电阻R22的另一端接三极管Q21的基极，三极管Q21的发射极接地，三极管Q21的集电极的一端接电阻R23的一端；电阻R23的另一端接电源Vcc2；三极管Q21的集电极接到处理器电路的输入口。本专利技术还提供了一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测方法，方法包括：当IGBT出现过流时，即IGBT两端电压超过有源钳位二极管的击穿电压时，有源钳位电路工作，将IGBT钳位在电压上；检测电路有效地提取有源钳位动作时流过TVS支路电流的时间或存在钳位电压的时间并将该时间信号传递给处理器电路；处理器对检测电路传递的信号的时间及次数进行计时和统计；当处理器电路接收到的流过TVS支路电流的时间信号或存在钳位电压的时间信号超过系统设置时间时，即可判定IGBT存在过流故障。优选的，所述系统设置时间可由以下公式计算得出：其中，Lσ为被测IGBT换流回路的寄生电感，Ioc为系统的设定过流保护阈值，Vclamp为IGBT过压保护钳位值，Vdc为IGBT关断稳态后承受的电压。优选的，过流检测方法可结合退饱和检测方法、di/dt方法、电流传感器方法中的一种或几种进行过流检测，其配合动作过程为：在IGBT开通过程中采用退饱和检测方法或di/dt方法进行短路故障检测，在IGBT关断过程中使用所述过流检测方法进行过流检测，当系统中其它过流值较小，无法促使IGBT有源钳位电路动作时，使用电流传感器方法进行过流检测。从上述技术方案可以看出，本专利技术相比较现有技术，其对过流行为的检测不仅全面且快速、准确；本明采用CPLD或FPGA该类器件硬件编程，速度块，反馈信号一般在几百纳秒至几微妙，在一个PWM周期即可检测出故障；本专利技术集成在IGBT驱动器上，在发生过流故障时，能够识别故障路径，易于故障分析；本专利技术可以统计IGBT有源钳位动作次数，用来评估钳位支路瞬变电压抑制二极管的功耗问题，指导系统设计中存在的问题，提高系统的可靠性；本专利技术能够实现检测电路与IGBT驱动电路的解耦。只有在关断暂态且有源钳位电路动作时，检测电路才起作用。附图说明图1为本专利技术实施例有源钳位反馈型IGBT过流检测装置中的驱动电路的结构框图；图2为本专利技术实施例一提供的一种有源钳位反馈型IGBT过流检测装置的驱动电路的具体电路结构图；图3为本专利技术实施例二提供的一种有源钳位反馈型IGBT过流检测装置的驱动电路的具体电路结构图；图4为根据实施例一提供的一种有源钳位反馈型IGBT过流检测装置搭建的仿真电路所得出的仿真波形。具体实施方式为了能够更清楚地理解本
技术实现思路
，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种有源钳位反馈型IGBT过流检测装置，其驱动电路的结构框图如图1所示。驱动电路包含四部分：处理器电路，推挽电路，有源钳位电路，检测电路。处理器电路采用可编程逻辑器件(ComplexProgrammableLo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于，包括：处理器电路，其用于接收PWM输入信号，驱动后面的推挽电路，同时对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计，并上传给上位机；推挽电路，其用于将接收的PWM信号放大后驱动IGBT；有源钳位电路，其用于IGBT的过电压保护；以及检测电路，其用于检测所述有源钳位电路的动作信号并将该信号传给所述处理器电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于，包括：处理器电路，其用于接收PWM输入信号，驱动后面的推挽电路，同时对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计，并上传给上位机；推挽电路，其用于将接收的PWM信号放大后驱动IGBT；有源钳位电路，其用于IGBT的过电压保护；以及检测电路，其用于检测所述有源钳位电路的动作信号并将该信号传给所述处理器电路。2.根据权利要求1所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述处理器电路采用可编程逻辑器件CPLD或者FPGA。3.根据权利要求1所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述推挽电路由互补的晶体管或MOS管组成。4.根据权利要求1所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述有源钳位电路由多个瞬变电压抑制二极管TVS和一个二极管串联组成。5.根据权利要求1所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述检测电路由电流型检测电路或电压型检测电路组成。6.根据权利要求5所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述电流型检测电路由电阻R1、R2、R3，二极管D2，稳压二极管Dz2和三极管Q1组成；其中，二极管D2的阳极接有源钳位电路中二极管D1的阳极，二极管D2的阴极接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接稳压二极管Dz2的阴极，Dz2的阳极接参考地，同时稳压二极管Dz2的阴极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极的一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电源Vcc2，三极管Q1的集电极接到处理器电路的输入口。7.根据权利要求5所述的基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其特征在于：所述电压型检测电路由电阻R21、R22、R23、R24、R25，比较器U1和三极管Q2...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凤有，耿程飞，张经纬，王强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32