实时IGBT过载保护方法技术

本发明专利技术涉及电机驱动器的安全控制领域，提出了一种实时IGBT过载保护方法，旨在解决IGBT器件过载保护中，存在过温保护精度差，对快速过载响应慢的问题。该方法包括：获取与IGBT模块运行相关的信息，作为运行信息；根据上述运行信息分别确定出上述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗；根据上述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出上述IGBT模块的结温和壳温；将上述结温和上述壳温所表示的温度值分别与预设的结温阈值和壳温阈值进行比较，在上述结温大于上述结温阈值，或上述壳温大于上述壳温阈值时，确定上述IGBT模块过载，对上述IGBT模块进行过载保护。本发明专利技术实现了对IGBT模块的实时过温保护和过载保护。

Real time IGBT overload protection method

The invention relates to the field of safety control of motor driver, and proposes a real-time IGBT overload protection method, aiming to solve the problems of poor over temperature protection accuracy and slow response to fast overload in IGBT device overload protection. The method includes: obtaining the information related to the operation of IGBT module as the operation information; determining the heat loss of IGBT switch tube and diode in the IGBT module according to the operation information; calculating the junction temperature and shell temperature of the IGBT module according to the heat loss of the IGBT switch tube and diode; calculating the junction temperature and shell temperature of the IGBT module according to the junction temperature and shell temperature The degree value is compared with the preset junction temperature threshold and shell temperature threshold respectively. When the junction temperature is higher than the junction temperature threshold or the shell temperature is higher than the shell temperature threshold, the IGBT module is determined to be overloaded and the IGBT module is protected against overload. The invention realizes real-time over temperature protection and overload protection for IGBT module.

【技术实现步骤摘要】
实时IGBT过载保护方法
本专利技术涉及电机驱动器的安全控制领域，特别涉及一种实时IGBT过载保护方法。
技术介绍
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)是一种弱电控制强电的功率管器件。在电机的运行中，当电机驱动系统过载时，功率管器件会在较短时间内电流上升，造成电机失去控制，甚至引起火灾等造成人身或设备危害，需要及时的对IGBT进行保护。目前，在电机驱动系统中对于IGBT器件的保护方法有：过温保护实现方式：变频器通过IGBT器件的NTC温度传感器实现过温保护，NTC一般集成在IGBT器件的铜基板上，反映的是IGBT器件壳的温度。但是NTC不能直接反映IGBT芯片的温度，并且由于热路径上热容的影响，通过NTC实现过温保护精度较差，在快速过载情况下，相应较慢，容易导致IGBT过温损坏。过载保护实现方式：通过反时限过载曲线，比如180％过载，60s报过载；150％过载，3分钟报过载。过载保护实现方式在单一过载工况下，能有效实现过载保护，但是在多种过载工况切换情况下，容易误报过载或者过温炸机。比如150％过载2分钟，未达到报过载要求，然后继续出现180％过载工况，由于前面150％过载导致散热器温度已经很高，继续出现180％过载60s之后才报过载，就会出现过温甚至炸机等问题。因此，在现有的IGBT器件过载保护中，存在过温保护精度差，对快速过载响应慢的问题；对多种过载工况同时出现的情况，无法实现有效保护，容易过温甚至炸机的问题；电流设计等级高，增加了IGBT的成本等问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决当前IGBT器件过载保护中，存在过温保护精度差，对快速过载响应慢的问题；对多种过载工况同时出现的情况，无法实现有效保护，容易出现电机过温甚至炸机的问题；电流设计等级高，增加了IGBT的成本等问题。本专利技术采用以下技术方案以解决上述问题：本申请提供了一种实时IGBT过载保护方法，该方法包括如下步骤：获取与IGBT模块运行相关的信息，作为运行信息，上述运行信息包括电流信息和电压信息；根据上述运行信息分别确定出上述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗；根据上述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出上述IGBT模块的结温和壳温；将上述结温和上述壳温所表示的温度值分别与预设的结温阈值和壳温阈值进行比较，在上述结温大于上述结温阈值，或上述壳温大于上述壳温阈值时，确定上述IGBT模块过载，对上述IGBT模块进行过载保护。在一些示例中，上述IGBT开关管的热损耗包括整流桥单元中IGBT开关管热损耗和逆变器单元中IGBT开关管热损耗，上述“根据上述运行信息分别确定出上述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗”的步骤包括：根据上述电流信息和调制比信息确定IGBT模块的整流单元中的IGBT开关管热耗；根据上述电流信息和与上述IGBT模块调制相关的信息确定上述IGBT模块的逆变单元中的IGBT开关管热损耗。在一些示例中，上述“根据上述电流信息和调制比信息确定上述IGBT模块的整流单元中的IGBT开关管热耗”包括通过如下公式确定上述整流桥单元的IGBT开关管热损耗：其中，Ploss(rec)表示整流单元的IGBT开关管热损耗，表示电机的功率因数，M表示调制比信息，I表示IGBT的输出电流，f(x)是表示热损耗与调制比、电流、功率因素关系的函数。在一些示例中，上述“根据上述电流信息和与上述IGBT模块调制相关的信息确定上述IGBT模块的逆变单元中的IGBT开关管热损耗”包括通过如下公式确定在上述逆变单元中IGBT开关管热损耗：其中，Ploss(inv)为在逆变单元中IGBT开关管热损耗，KTmp_p为温度系数，Kvdc_p为母线电压系数，Kfsw_p为载波频率系数，Kf_p输出频率系数，KM_p为调制系数，为功率因数系数，g(I)为电流函数，表示损耗与电流之间的关系的函数。在一些示例中，上述方法包括通过如下公式确定上述IGBT开关管的热损耗：Ploss(IGBT)＝Ploss(inv)+Ploss(rec)其中，Ploss(IGBT)为上述IGBT开关管的热损耗，Ploss(inv)为在逆变单元中上述GBT开关管的热损耗，Ploss(rec)为在整流单元中上述IGBT开关管的热损耗。在一些示例中，上述IGBT模块的结温和壳温包括IGBT开关管的结温和壳温，上述“根据上述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出上述IGBT模块的结温和壳温”包括计算上述IGBT模块的结温的步骤：根据上述IGBT开关管的热损耗和上述IGBT开关管芯片与散热器之间的热阻确定上述IGBT开关管芯片的发热温度；根据上述IGBT开关管芯片的发热温度和环境积温确定上述IGBT开关管的结温。在一些示例中，上述IGBT模块的结温和壳温包括IGBT开关管的结温和壳温，上述“根据上述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出上述IGBT模块的结温和壳温”包括计算上述IGBT开关管的壳温的步骤：根据上述IGBT开关管的热损耗和上述IGBT开关管壳体与散热器之间的热阻确定上述IGBT开关管壳体的发热温度；根据上述IGBT开关管壳体的发热温度和上述环境积温确定上述IGBT开关管的壳温。在一些示例中，上述“计算上述IGBT模块的结温的步骤”包括利用如下公式计算上述IGBT模块的结温：Tj(IGBT)＝Th+Ploss(IGBT)Rjh(IGBT)其中，Tj(IGBT)为上述IGBT开关管的结温，Th为散热器温度，Ploss(IGBT)为上述IGBT开关管的热损耗，Rjh(IGBT)为上述IGBT开关管芯片与散热器之间的热阻。在一些示例中，上述“计算上述IGBT模块的壳温的步骤”包括利用如下公式计算上述IGBT开关管的壳温：Tq(IGBT)＝Th+Ploss(IGBT)Rqh(IGBT)其中，Tq(IGBT)为上述IGBT开关管的壳温，Th为环境积温，Ploss(IGBT)为上述IGBT开关管的热损耗，Rqh(IGBT)为上述IGBT开关管壳体与散热器之间的热阻。本申请提供的实时IGBT过载保护方法，通过获取到的IGBT开关管输出电流，确定IGBT模块的热损耗，并利用IGBT开关管芯片与散热器之间的热阻以及壳体与散热器之间的热阻计算出IGBT开关管的结温和壳温，将上述结温和壳温与预设的结温阈值和壳温阈值比较，判断上述IGBT模块是否热过载。本申请基于实时的电流信息以及温度信息，直接计算出IGBT模块的温度，在计算热损耗过程加入功率管累积的温度以及功率管所在环境温度对热损耗的影响因数，功率管的结温和壳温更接近真实的温度，因而实现对IGBT模块的过温保护和过载保护；在不增加电流设计等级情况下，降低成本，最大限度发挥IGBT的过载能力。附图说明图1是实时IGBT过载保护方法的实施例中的示例性系统架构示意图；...

【技术保护点】
1.一种实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取与IGBT模块运行相关的信息，作为运行信息，所述运行信息包括电流信息和电压信息；/n根据所述运行信息分别确定出所述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗；/n根据所述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出所述IGBT模块的结温和壳温；/n将所述结温和所述壳温所表示的温度值分别与预设的结温阈值和壳温阈值进行比较，在所述结温大于所述结温阈值，或所述壳温大于所述壳温阈值时，确定所述IGBT模块过载，对所述IGBT模块进行过载保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述方法包括：
获取与IGBT模块运行相关的信息，作为运行信息，所述运行信息包括电流信息和电压信息；
根据所述运行信息分别确定出所述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗；
根据所述IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗，计算出所述IGBT模块的结温和壳温；
将所述结温和所述壳温所表示的温度值分别与预设的结温阈值和壳温阈值进行比较，在所述结温大于所述结温阈值，或所述壳温大于所述壳温阈值时，确定所述IGBT模块过载，对所述IGBT模块进行过载保护。


2.根据权利要求1所述的实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述IGBT开关管的热损耗包括整流单元中的IGBT开关管热损耗和逆变单元中IGBT开关管热损耗，所述“根据所述运行信息分别确定出所述IGBT模块中IGBT开关管的热损耗和二极管的热损耗”的步骤包括：
根据所述电流信息和调制比信息确定所述IGBT模块的整流单元中的IGBT开关管热耗；
根据所述电流信息和与所述IGBT模块调制相关的信息确定所述IGBT模块的逆变单元中的IGBT开关管热损耗。


3.根据权利要求2所述的实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述“根据所述电流信息和调制比信息确定所述IGBT模块的整流单元中IGBT开关管热损耗”包括通过如下公式确定整流单元中IGBT开关管热损耗：



其中，Ploss(rec)表示整流单元中IGBT开关管热损耗，表示电机的功率因数，M表示调制比信息，I表示IGBT的输出电流，f(x)是表示热损耗与电流、调制比、功率因素关系的函数。


4.根据权利要求2所述的实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述“根据所述电流信息和与所述IGBT模块调制相关的信息确定所述IGBT模块的逆变单元中的IGBT开关管热损耗”包括：
通过如下公式确定在所述逆变单元中IGBT开关管的热损耗：



其中，Ploss(inv)为逆变单元中IGBT开关管的热损耗，KTmp_p为温度系数，Kvdc_p为母线电压系数，Kfsw_p为载波频率系数，Kf_p输出频率系数，KM_p为调制系数，为功率因数系数，g(I)为预设电流函数，表示损耗与电流之间的关系的函数。


5.根据权利要求3和4任一所述的实时IGBT过载保护方法，其特征在于，所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁习兵，高建涛，
申请(专利权)人：北京索德电气工业有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11