一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法，包含比较单元、反相单元、触发单元、或单元、下拉单元和最长延时单元。本发明专利技术中，当IGBT刚开通时，驱动芯片检测VCE的引脚DESAT被屏蔽，即短路保护功能此时无效，此后当IGBT管压VCE低于比较单元预设阈值时，此时DESAT引脚屏蔽将取消，开始检测IGBT的C-E端电压，从而判断IGBT是否发生短路故障。本发明专利技术能够自动判断驱动芯片何时开始检测管压VCE，即自动判断何时开始短路故障检测，避免因不同类型IGBT模块及不同工况下存在的差异性所带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT短路保护自适应优化单元及方法
本专利技术涉及一种IGBT短路保护自适应优化方法，尤其涉及一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法。
技术介绍
IGBT作为一种新型的功率半导体开关器件，在大功率领域正得到越来越广泛的应用。IGBT及其驱动保护电路的设计关系到整个系统的稳定性运行，因此IGBT驱动保护电路的设计尤为重要。在IGBT的诸多保护类型中，短路保护尤其是桥臂短路是尤为严重的情况，在该种情况下，故障的IGBT需要能够被快速有效关断，否则会损坏IGBT模块，进而可能会危害整个功率系统。现有的主流短路保护方法按检测方式分类主要有检测IGBT的C-E电压、集电极电流和集电极电流变化率等。采用检测集电极电压VCE的短路保护方法的工作原理为当发生短路故障尤其是桥臂短路故障时，IGBT集电极电流迅速上升，由IGBT输出特性可知，IGBT由饱和区退出进入有源区，VCE迅速上升至母线电压，因此可以在IGBT导通的状态下，通过实时检测VCE的大小来判断IGBT是否发生短路故障。由于检测IGBT管压VCE方法的便捷性，现在大多数的驱动保护芯片均集成了该种短路保护的方法，但这种方法在实际应用中会有两点不足，一是屏蔽时间长短的精确设置问题；二是加入的屏蔽电路所造成的短路保护延时问题。具体来说，由于大多数驱动集成芯片是在IGBT开通状态下放开VCE检测引脚DESAT，而在关断状态下拉低该引脚，因此在IGBT开通瞬间，该检测引脚便开始工作；同时，由于IGBT门极在开通时短路保护检测引脚开始工作，但此时VCE依然很高，需要经过一段时间才会到达通态压降，因此需要将这一段时间进行屏蔽以保证工作的可靠性，否则在IGBT开通时，保护电路会立即触发，产生误信号。现有的IGBT驱动保护集成芯片不能够自动判断在IGBT开通后何时开始检测集电极电压VCE，即不能自动判断何时开始检测短路故障，因此需要设置该段时间，其长短需要进行实验测试，以选取合适的屏蔽时间，或者选择比较长的屏蔽时间。通常会设计Rblocking与Cblocking组成的RC屏蔽电路进行屏蔽，这样在IGBT开通并经过一段特定的屏蔽时间后，VCE才会被实时检测以判断电路工作状态。考虑到不同模块及不同工况所需要屏蔽时间不同，因此一般会将该段屏蔽时间设置较长。同时，也需注意避免该屏蔽时间过长，以免在发生短路保护时，屏蔽电路所造成的延时过长，不能够快速关断IGBT，增大IGBT发生损坏的概率。有鉴于此，如何对现有的基于VCE检测的短路保护方法进行优化，使得现有的集成驱动芯片能够在IGBT开通过程中自动判断驱动芯片的短路保护检测引脚何时开始检测IGBT的管压VCE，即何时开始进行短路故障检测，且能够适应不同的IGBT模块及不同工况，同时能够减小因屏蔽电路所造成的延时时间。
技术实现思路
针对现有的IGBT集成驱动芯片在应用中存在的如上所述的在短路保护方面的不足，提出了一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法。本专利技术解决上述不足所采取的技术方法是：基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元包含比较单元、反相单元、触发单元、或单元、下拉单元和最长延时单元：比较单元，其第一输入端连接于功率半导体开关IGBT的集电极C端，用于检测功率半导体开关IGBT的管压VCE，其第二输入端接一预设电压阈值VREF，其输出端连接至触发单元的第一输入端；反相单元，其输入端连接至IGBT驱动芯片单元的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，对其进行反相处理，将反相信号通过输出端输出至触发单元的第二输入端；触发单元，其第一输入端连接至所述比较单元的输出端，第二输入端连接至所述反相单元的输出端，输出端连接至或单元的输入端；或单元，其第一输入端连接至触发单元的输出端，第二输入端连接至最长延时单元的输出端，输出端连接至下拉单元的输入端；下拉单元，其输入端连接至所述或单元的输出端，输出端连接至IGBT驱动芯片单元的短路保护检测引脚DESAT；最长延时单元，输入端连接至IGBT驱动芯片单元的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，输出端连接至所述或单元的输入端。当IGBT处于正常导通状态时，所述比较单元输出端为高；当IGBT处于关断或短路故障状态时，所述比较单元输出端为低。所述反相单元对IGBT驱动芯片单元输出的驱动信号VOUT进行反相处理；当IGBT驱动芯片单元输出的驱动信号VOUT为高时，反相单元的输出端为低；当IGBT驱动芯片单元输出的驱动信号VOUT为低时，反相单元的输出端为高。当所述触发单元的第一输入端、第二输入端均为高时，其输出端为高；当第一输入端、第二输入端均为低时，输出端与之前状态一致，不变化；当第一输入端为高，第二输入端为低时，输出端为低；当第一输入端为低，第二输入端为高时，输出端为高。当所述或单元的第一输入端、第二输入端中任一端为低时，其输出端为低；当第一输入端、第二输入端均为高时，其输出端为高。当所述下拉单元的输入端为高时，其输出端为低，即IGBT驱动芯片单元的DESAT引脚将被下拉至地，不对VCE进行检测；当所述下拉单元的输入端为低时，其输出端呈现高阻态，此时VCE将被IGBT驱动芯片单元进行检测以判断是否发生短路故障。所述最长延时单元的延时时间为一固定延时时间，应用于IGBT在开通过程中发生短路故障的情况；当IGBT在开通过程中发生短路故障，所述的比较单元、反相单元、触发单元、或单元、下拉单元并不会将所述IGBT驱动芯片单元的短路故障检测引脚DESAT放开检测VCE，因此在此种情况下，最长延时单元在IGBT开通经过一段延时后其输出端由高变低，最终将所述短路故障检测引脚DESAT放开对VCE进行检测以判断是否发生短路故障。所述基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元的基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化方法是：IGBT开始导通后，管压VCE开始不发生变化，远高于比较单元中预设阈值VREF，比较单元的输出端为低，由于此时IGBT驱动芯片单元输出的驱动信号VOUT由低变高，反相单元的输出端由高变低，触发单元的输出端不发生变化，为高，因此下拉单元的输入端为高，不变化，其输出端将IGBT驱动芯片单元的DESAT检测引脚下拉至地；当IGBT进入开通过程中的米勒平台后，VCE开始下降，直至IGBT管压VCE低于比较单元中的预设阈值VREF，此时比较单元的输出端由低变高，而反相单元的输出端为低不变，因此触发单元的输出端由高变低，下拉单元的输入端由高变低，输出端呈现高阻态将DESAT检测引脚放开实时检测IGBT的管压以判断是否发生短路故障，在此后的通态状态下所述的自适应优化单元在这个开关周期内不再起作用，不对驱动芯片单元的工作造成干扰。本专利技术的有益效果如下：本专利技术结合传统驱动保护集成芯片设计了基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法，使得在IGBT开通时，短路电路能够自动判断屏蔽时间的长短，即能够自动判断开通后IGBT管压VCE何时到达通态压降，自动判断何时开始检测短路故障，同时由于优化了传统的屏蔽电路，短路故障发生后至IGBT本身及系统关断之间的延时更小，使得功率系统运行更为可靠。附图说明图1为基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化方法的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元，其特征在于包含比较单元（1）、反相单元（2）、触发单元（3）、或单元（4）、下拉单元（5）和最长延时单元（6）：比较单元(1)，其第一输入端（1‑1）连接于功率半导体开关IGBT的集电极C端，用于检测功率半导体开关IGBT的集电极端电压信号VCE，其第二输入端(1‑2)接一预设电压阈值VREF，其输出端(1‑3)连接至触发单元(3)的第一输入端(3‑1)；反相单元(2)，其输入端(2‑1)连接至IGBT驱动芯片单元(101)的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，对其进行反相处理，将反相信号通过输出端(2‑2)输出至触发单元(3)的第二输入端(3‑2)；触发单元(3)，其第一输入端(3‑1)连接至所述比较单元(1)的输出端(1‑2)，第二输入端(3‑2)连接至所述反相单元(2)的输出端(2‑2)，输出端(3‑3)连接至或单元(4)的第一输入端(4‑1)；或单元（4），其第一输入端（4‑1）连接至触发单元（3）的输出端（3‑3），第二输入端（4‑2）连接至最长延时单元（6）的输出端（6‑2），输出端（4‑3）连接至下拉单元（5）的输入端（5‑1）；下拉单元（5），其输入端（5‑1）连接至所述或单元（4）的输出端（4‑3），输出端（5‑2）连接至IGBT驱动芯片单元（101）的短路保护检测引脚DESAT；最长延时单元（6），输入端（6‑1）连接至IGBT驱动芯片单元（101）的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，输出端（6‑2）连接至所述或单元（4）的第二输入端（4‑2）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元，其特征在于包含比较单元（1）、反相单元（2）、触发单元（3）、或单元（4）、下拉单元（5）和最长延时单元（6）：比较单元(1)，其第一输入端（1-1）连接于功率半导体开关IGBT的集电极C端，用于检测功率半导体开关IGBT的管压VCE，其第二输入端(1-2)接一预设电压阈值VREF，其输出端(1-3)连接至触发单元(3)的第一输入端(3-1)；反相单元(2)，其输入端(2-1)连接至IGBT驱动芯片单元(101)的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，对其进行反相处理，将反相信号通过输出端(2-2)输出至触发单元(3)的第二输入端(3-2)；触发单元(3)，其第一输入端(3-1)连接至所述比较单元(1)的输出端(1-2)，第二输入端(3-2)连接至所述反相单元(2)的输出端(2-2)，输出端(3-3)连接至或单元(4)的第一输入端(4-1)；或单元（4），其第一输入端（4-1）连接至触发单元（3）的输出端（3-3），第二输入端（4-2）连接至最长延时单元（6）的输出端（6-2），输出端（4-3）连接至下拉单元（5）的输入端（5-1）；下拉单元（5），其输入端（5-1）连接至所述或单元（4）的输出端（4-3），输出端（5-2）连接至IGBT驱动芯片单元（101）的短路保护检测引脚DESAT；最长延时单元（6），输入端（6-1）连接至IGBT驱动芯片单元（101）的VOUT引脚输出的一驱动信号VOUT，输出端（6-2）连接至所述或单元（4）的第二输入端（4-2）。2.根据权利要求1所述的基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元，其特征在于，当IGBT处于正常导通状态时，所述比较单元(1)输出端(1-3)为高；当IGBT处于关断或短路故障状态时，所述比较单元(1)输出端(1-3)为低。3.根据权利要求1所述的基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元，其特征在于，所述反相单元(2)对IGBT驱动芯片单元（101）输出的驱动信号VOUT进行反相处理；当IGBT驱动芯片单元(101)输出的驱动信号VOUT为高时，反相单元的输出端(2-2)为低；当IGBT驱动芯片单元(101)输出的驱动信号VOUT为低时，反相单元的输出端(2-2)为高。4.根据权利要求1所述的基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元，其特征在于，当所述触发单元(3)的第一输入端(3-1)、第二输入端(3-2)均为高时，其输出端为高；当第一输入端(3-1)、第二输入端(3-2)均为低时，输出端与之前状态一致，不变化；当第一输入端(3-1)为高，第二输入端(3-2)为低时，输出端(3-3)为低；当第一输入端(3-1)为低，第二输入端(3-2)为高时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，张兴耀，朱楠，徐德鸿，何国锋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33