一种半导体开关器件退饱和检测电路及电机控制器制造技术

一种半导体开关器件退饱和检测电路及电机控制器，该电路包括：比较器，其一输入端经一采样单元接往IGBT的集电极；其二输入端用于设定阈值电压，当采样电压大于等于阈值电压时，其输出端提供可触发IGBT退饱和故障保护动作的比较结果信号；采样单元包括一开关状态与IGBT相反的第一开关元件，其开关状态可控制采样电压对比较器的输出。本实用新型专利技术利用了上、下逆变桥臂短路时迅速升高的IGBT集射极电压，以集射极电压作为检测电路的电压输入，在没有额外加入恒流源的情况下同样可以检测IGBT退饱和故障，防止器件和设备因电路短路而损坏，与现有技术相比功耗降低，成本减小，电子器件选型更容易。选型更容易。选型更容易。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体开关器件退饱和检测电路及电机控制器


[0001]本技术涉及一种半导体开关器件退饱和检测电路及应用上述电路的电机控制器， IPC分类属于G01R19/165。

技术介绍

[0002]半导体开关器件(IGBT/MOSFET)是目前电力电子设备的关键器件，广泛应用于变频器，光伏逆变器及电动汽车电机控制器等。通常控制开关信号的故障会造成设备的短路，在 IGBT/MOSFET等门级信号电平一定的情况下，由于短路造成的大电流流过IGBT/MOSFET，会迅速引起IGBT/MOSFET两端电压的升高，即IGBT/MOSFET退出饱和区(简称退饱和)。巨大的短路电流加上高电压产生的损耗往往会造成开关器件的损坏。因此在IGBT/MOSFET 发生退饱和时应快速检测到退饱和现象，及时关断开关管，避免开关管的损坏。
[0003]如图1所示，目前常见的退饱和检测电路主要由恒流源、IGBT、开关管S0、电容C0、二极管D0以及比较器组成。在IGBT关断的时候，开关管S0导通，将恒流源电流旁路，二极管D0反向截止，阻断集电极
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发射极电压Vce。在IGBT开通的时候，开关管S0关断，恒流源通过二极管及IGBT形成回路，电容C0上电压较低，不会触发退饱和保护。一旦由于上、下桥臂短路造成IGBT集电极
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发射极电压Vce升高，二极管D0截止，恒流源给电容C0充电，比较器正相输入端电压达到参考电压值Vref即IGBT出现退饱和故障，进而控制关断IGBT。
[0004]该退饱和检测电路需要额外增设恒流源，增加成本。而且恒流源在IGBT/MOSFET开通及关断的时候都需要提供电流，会增加整个检测电路的功耗。另外，二极管本身有一定的寄生电容，在开关切换时集电极
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发射极电压Vce剧烈变化，二极管寄生电容的耦合有可能造成退饱和检测被误触发。为了尽量避免误触发现象的发生，通常需要选取开关速度非常快的二极管，而在较高电压时，开关速度较快的二极管通常较难选择，有时需要通过多个二极管的串联实现，成本较高。
[0005]有关术语和公知常识，可参见机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》、《电机工程手册》。

技术实现思路

[0006]为解决现有退饱和检测电路高功耗和高成本的技术问题，本技术提供一种不需要在控制端额外增设恒流源的半导体开关器件退饱和检测电路，设于一IGBT的集电极和发射极之间，该电路包括：
[0007]比较器，其具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端经一采样单元接往所述IGBT的集电极，用于获取与所述IGBT的集电极
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发射极电压成一定数值关系的采样电压；所述第二输入端用于获取阈值电压，当所述采样电压大于等于所述阈值电压时，所述第一输出端提供一个用以触发退饱和报警的比较结果信号；所述采样单元包括第一开关元件，所述第一开关元件连接于所述第一输入端和IGBT的发射极之间，在退饱和报警后处于导通状态，直到所述IGBT重新导通为止；以及
[0008]控制单元，其连接于所述第一输出端、第一开关元件的门极和IGBT的门极之间，被配置为接收所述比较结果信号，向所述第一开关元件和IGBT输出通断控制信号，以关断所述 IGBT和开通所述第一开关元件。
[0009]具体地，所述通断控制信号，以第一电平信号的形式作用于所述第一开关元件的门极上，以第二电平信号的形式作用于所述IGBT的门极上，所述第一电平信号与第二电平信号的持续时间相同，电平相反。
[0010]具体地，所述采样单元还包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻串联连接在所述IGBT 的集电极和所述比较器的第一输入端之间，所述第一电容串联连接在所述比较器的第一输入端和所述IGBT的发射极之间。
[0011]具体地，所述控制单元具有第三输入端、第二输出端和第三输出端，所述第三输入端接往所述第一输出端，所述第二输出端接往所述第一开关元件的门极，所述第三输出端接往所述IGBT的门极。所述控制单元的第三输入端和第二输出端直接相连；所述控制单元还包括 NMOS管、第二电阻、第三电阻、NPN管、PNP管，供电电源和电源地；NMOS管的栅极和第三输入端直接相连；供电电源接往NPN管的集电极，PNP管的集电极接往电源地和 NMOS管的源极；NPN管的基极和所述PNP管的基极相连，经第二电阻接往NMOS管的漏极；NPN管的发射极与PNP管的发射极相连，经第三电阻接往控制单元的第三输出端。
[0012]本技术还提供一种半导体开关器件退饱和检测方法，应用于上述电路中，包括如下步骤：
[0013]获取与所述IGBT的集电极
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发射极电压Vce成一定数值关系的采样电压Vs，以及预先设定的阈值电压Vref；
[0014]在所述采样电压Vs大于等于所述阈值电压Vref时，生成一比较结果信号；
[0015]响应所述比较结果信号，向所述第一开关元件S1和IGBT输出通断控制信号，以关断所述IGBT和开通所述第一开关元件S1。
[0016]当所述IGBT工作在导通状态时，所述第一开关元件S1处于关断状态；当所述IGBT 工作在处于关断状态时，所述第一开关元件S1处于导通状态。
[0017]本技术还提供一种电机控制器，包括IGBT，以及控制IGBT通断的上述半导体开关器件退饱和检测电路。
[0018]本技术具有如下有益效果：
[0019](1)本技术利用了上、下逆变桥臂短路时迅速升高的IGBT集电极
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发射极电压，以集电极
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发射极电压作为检测电路的电压输入，在没有额外加入恒流源的情况下同样可以检测IGBT退饱和故障，防止器件和设备因电路短路而损坏，与现有技术相比功耗降低，成本减小，电子器件选型更容易。
[0020](2)并联于第一电容两端的的第一开关元件，其开关状态与IGBT相反，在IGBT因退饱和故障而关断时，接通第一电容两极，避免比较器因采样电压持续升高而损坏。在IGBT 关断和正常导通的情况下，第一开关元件通过其开关状态控制采样电压稳定在阈值电压水平以下，确保不会误触发退饱和故障的报警。
附图说明
[0021]图1是现有技术的半导体开关器件退饱和检测电路的原理图；
[0022]图2是本技术的电机控制器的电路示意图；
[0023]图3是本技术的半导体开关器件退饱和检测电路的原理图；
[0024]图4是所述半导体开关器件退饱和检测电路中各参数的电压波形示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面将结合实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0026]如图2所示，本技术所提供的半导体开关器件退饱和检测电路，应用于电动汽车电机控制器的逆变桥臂中，本实施例仅以逆变桥臂中的一个IGBT为例进行说明。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体开关器件退饱和检测电路，设于一IGBT的集电极和发射极之间，其特征在于，包括：比较器，其具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述第一输入端经一采样单元接往所述IGBT的集电极，用于获取与所述IGBT的集电极
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发射极电压成一定数值关系的采样电压；所述第二输入端用于获取阈值电压，当所述采样电压大于等于所述阈值电压时，所述第一输出端提供一个用以触发退饱和报警的比较结果信号；所述采样单元包括第一开关元件，所述第一开关元件连接于所述第一输入端和IGBT的发射极之间，在退饱和报警后处于导通状态，直到所述IGBT重新导通为止；以及控制单元，其连接于所述第一输出端、第一开关元件的门极和IGBT的门极之间，被配置为接收所述比较结果信号，向所述第一开关元件和IGBT输出通断控制信号，以关断所述IGBT和开通所述第一开关元件。2.根据权利要求1所述的半导体开关器件退饱和检测电路，其特征在于，所述通断控制信号，以第一电平信号的形式作用于所述第一开关元件的门极上，以第二电平信号的形式作用于所述IGBT的门极上，所述第一电平信号与第二电平信号的持续时间相同，电平相反。3.根据权利要求1所述的半导体开关器件退饱和检测电路，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛涛，李浩，
申请(专利权)人：深圳市法拉第电驱动有限公司，
类型：新型
国别省市：