IGBT的保护控制方法技术

本发明专利技术涉及绝缘栅双极型晶体管领域，公开了一种IGBT的保护控制方法，用以对IGBT运用系统中的IGBT进行过流和过压保护。本发明专利技术首先根据IGBT厂家参数表和实际工况需要，在软件中设置IGBT的阈值参数，然后采集当前IGBT运用系统中IGBT的工作参数，最后基于设置的阈值参数和采集的工作参数执行过流保护判断和过压保护判断。本发明专利技术适用于逆变器系统中IGBT的保护控制。

Protection Control Method of IGBT

The invention relates to the field of insulated gate bipolar transistors, and discloses a protection control method of IGBT for overcurrent and overvoltage protection of IGBT in the application system of IGBT. The method first sets the threshold parameters of IGBT in software according to the parameter table of IGBT manufacturer and the actual working conditions, then collects the working parameters of IGBT in the current IGBT application system, and finally executes the judgment of over-current protection and over-voltage protection based on the set threshold parameters and the collected working parameters. The invention is applicable to the protection and control of IGBT in the inverter system.

【技术实现步骤摘要】
IGBT的保护控制方法
本专利技术涉及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)领域，特别涉及IGBT的保护控制方法。
技术介绍
IGBT功率管在变流系统如逆变器、变频器、电机驱动、照明系统等领域，承担着能量传送和功率变换的作用，被广泛应用于新能源汽车、高铁、太阳能、风电产品等中，是系统最昂贵、最关键的器件之一。由于IGBT的自身电气特性对器件电压、电流和温度非常敏感，稍有超标便可能导致击穿，且不可修复。所以IGBT是系统中的重点监测对象，必须采取有效措施加以保护。在逆变器系统中，IGBT的失效种类包括过压、过流、过热三种。过压是指逆变器主回路(包括DC-DC和DC-AC)电压过高、驱动回路电压过高、外界尖峰电压导致IGBT集电极-发射极电压或栅极-发射极电压过高造成的损坏；过流是指逆变器输出过载、短路导致IGBT的导通电流过大而损坏；过热是指在不断地高频开关过程中，器件内会产生大量热量，若未及时散发出去就会引发IGBT的PN结温过高而造成失效。目前逆变器系统中常见的针对IGBT的保护措施，多是采用专门的驱动芯片加隔离器件，或者利用分立器件搭建专门的保护电路，均通过硬件方式来实现对IGBT的监护。但有时这些方式并不能完全确保安全。因为在实际使用中，有时会出现这样的情况：在IGBT被烧毁之前，驱动芯片或分立器件本身就因过流、过压而发生了损坏。一个绝缘栅双极性晶体管内含一个IGBT和一个并联的续流二极管，模块的总功耗包括IGBT的导通损耗和开关损耗，以及二极管的导通损耗和关断损耗。计算IGBT的功耗有助于了解系统的能量转换效率和器件实际温升，更可靠地进行监控保护。但要对功耗进行精确计算较为复杂且费时费力，实际工作中可采取近似估算的方式获得。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种IGBT的保护控制方法，用以对IGBT运用系统中的IGBT进行过流和过压保护。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：IGBT的保护控制方法，包括如下步骤：步骤1：根据IGBT厂家参数表和实际工况需要，在软件中设置IGBT的阈值参数，所述阈值参数包括母线电压阈值Vbth、栅驱动回路输出电压阈值Vgth、IGBT导通电流第一阈值Icth_1和IGBT导通电流第二阈值Icth_2；步骤2：采集当前IGBT运用系统中IGBT的工作参数，所示工作参数包括母线电压Vb、栅驱动回路输出电压Vg和IGBT实际导通工作电流Ic；步骤3：基于步骤1设置的阈值参数和步骤2采集的工作参数执行过流保护判断和过压保护判断；所述过流保护判断包括：当Ic≥Icth_2时，直接关断PWM驱动波输出；当Icth_1≤Ic＜Icth_2时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Ic回落到小于Icth_1，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；所述过压保护判断包括：当Vb≥Vbth时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Vb回落到小于Vbth，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；当Vg≥Vgth时，直接关断PWM驱动波输出。进一步的，为了实现过温保护，所述阈值参数还包括IGBT过温保护阈值Tigbt_th，所述工作参数还包括IGBT外壳温度Tigbt；步骤3还包括过温保护判断，当Tigbt≥Tigbt_th连续n次时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Tigbt回落到小于Tigbt_th，则通过软件比较模块自动恢复输出。进一步的，当逆变器使用环境恶劣或对性能要求较高，可以通过功耗估算进一步判断温升是否是控制在安全范围内的情况下，本专利技术中所述阈值参数还包括功耗阈值Pth；同时还包括步骤4：根据公式P≈K*(Vcesat*Ice*D+FSW*Ets*Ic/In)进行单模块功耗估算，当P≥Pth连续m次时，直接关断PWM驱动波输出；其中，Vcesat为器件内部IGBT饱和压降，In为IGBT导通标称电流，FSW为当前开关频率；Ets为开关能耗，D为PWM波平均占空比，PWM波平均占空比可通过闭环控制算法模块获得，K为大于1的估算均衡系数，m代表过温容错次数。具体的，所述IGBT运用系统为逆变器系统。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过设置IGBT的阈值参数，并采集IGBT的工作参数，利用阈值参数与工作参数之间的逻辑关系，可对逆变器系统的IGBT模块进行有效的过压、过流、过温保护，且可选择性估算IGBT的功率损耗，以此判断其温升是否是控制在安全范围内。附图说明图1是实施例中IGBT的保护控制的流程图。具体实施方式为了对IGBT运用系统的IGBT模块进行有效的过压、过流、过温保护，本专利技术公开了一种IGBT的保护控制方法，包括如下步骤：步骤1：根据IGBT厂家参数表和实际工况需要，在软件中设置IGBT的阈值参数，所述阈值参数包括母线电压阈值Vbth、栅驱动回路输出电压阈值Vgth、IGBT导通电流第一阈值Icth_1、IGBT导通电流第二阈值Icth_2以及IGBT过温保护阈值Tigbt_th；步骤2：采集当前IGBT运用系统中IGBT的工作参数，所示工作参数包括母线电压Vb、栅驱动回路输出电压Vg、IGBT实际导通工作电流Ic以及IGBT外壳温度Tigbt；步骤3：基于步骤1设置的阈值参数和步骤2采集的工作参数执行过流保护判断、过压保护判断以及过温保护判断；所述过流保护判断包括：当Ic≥Icth_2时，直接关断PWM驱动波输出，此关断不可自恢复，需手动恢复；当Icth_1≤Ic＜Icth_2时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Ic回落到小于Icth_1，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；所述过压保护判断包括：当Vb≥Vbth时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Vb回落到小于Vbth，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；当Vg≥Vgth时，直接关断PWM驱动波输出；所述过温保护判断包括：当Tigbt≥Tigbt_th连续n次时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Tigbt回落到小于Tigbt_th，则通过软件比较模块自动恢复输出。当逆变器使用环境恶劣或对性能要求较高，本专利技术可以通过功耗估算进一步判断温升是否是控制在安全范围内的情况下，因此所述阈值参数还可以包括功耗阈值Pth；同时本专利技术还包括步骤4：根据以下公式进行单模块功耗估算，当P≥Pth连续m次时，直接关断PWM驱动波输出；P＝Pigbt+PdiodeP＝Pigbt_sat+Pigbt_SW+Pdiode_offP≈K*(Vcesat*Ice*D+FSW*Ets*Ic/In)其中，Pdiode为器件内部续流二极管的功耗；Pigbt_sat器件内部IGBT的导通功耗；Pigbt_SW为器件内部IGBT的开关功耗；Pdiode_off为内部续流二极管的关断功耗；Vcesat为器件内部IGBT饱和压降，可通过厂家参数表查到；In为IGBT导通标称电流，可通过厂家参数表查到；FSW为当前开关频率；Ets为开关能耗，是导通能耗Eon和关断能耗Eoff之和，可通过厂家参数表查到；D为PWM波平均占空比，PWM波平均占空比可通过闭环控制算法模块获得；K为大于1的估算均衡系数，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.IGBT的保护控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据IGBT厂家参数表和实际工况需要，在软件中设置IGBT的阈值参数，所述阈值参数包括母线电压阈值Vbth、栅驱动回路输出电压阈值Vgth、IGBT导通电流第一阈值Icth_1和IGBT导通电流第二阈值Icth_2；步骤2：采集当前IGBT运用系统中IGBT的工作参数，所示工作参数包括母线电压Vb、栅驱动回路输出电压Vg和IGBT实际导通工作电流Ic；步骤3：基于步骤1设置的阈值参数和步骤2采集的工作参数执行过流保护判断和过压保护判断；所述过流保护判断包括：当Ic≥Icth_2时，直接关断PWM驱动波输出；当Icth_1≤Ic＜Icth_2时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Ic回落到小于Icth_1，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；所述过压保护判断包括：当Vb≥Vbth时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Vb回落到小于Vbth，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；当Vg≥Vgth时，直接关断PWM驱动波输出。

【技术特征摘要】
1.IGBT的保护控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据IGBT厂家参数表和实际工况需要，在软件中设置IGBT的阈值参数，所述阈值参数包括母线电压阈值Vbth、栅驱动回路输出电压阈值Vgth、IGBT导通电流第一阈值Icth_1和IGBT导通电流第二阈值Icth_2；步骤2：采集当前IGBT运用系统中IGBT的工作参数，所示工作参数包括母线电压Vb、栅驱动回路输出电压Vg和IGBT实际导通工作电流Ic；步骤3：基于步骤1设置的阈值参数和步骤2采集的工作参数执行过流保护判断和过压保护判断；所述过流保护判断包括：当Ic≥Icth_2时，直接关断PWM驱动波输出；当Icth_1≤Ic＜Icth_2时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Ic回落到小于Icth_1，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；所述过压保护判断包括：当Vb≥Vbth时，通过软件比较模块的输出间接关断IGBT的PWM驱动波输出，一旦Vb回落到小于Vbth，则通过软件比较模块自动恢复驱动输出；当Vg≥Vgth时，直接关断PWM驱动波输出。2.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珣，李健，黄勇，黄诚，肖宇，徐迟，
申请(专利权)人：四川长虹电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51