多个IGBT短路检测和保护方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多个IGBT短路检测和保护的方法与装置，方法步骤为：1）向每个IGBT发送驱动脉冲，IGBT接收驱动脉冲并驱动IGBT开通；2）实时检测每个IGBT两端的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障状态并发送判定结果；3）将检测得到的短路电压转换为短路电流值并计算短路电压与短路电流的目标倍数，判断目标倍数是否大于预设的倍数门限值，若为是，将驱动脉冲降为负电平，驱动IGBT关断；装置包括实时检测IGBT故障并进行关断保护的多个短路检测保护模块。本发明专利技术具有实现方法简单、保护参数一致且能够对多个IGBT进行统一、协调的检测和保护的优点。

【技术实现步骤摘要】
多个IGBT短路检测和保护方法及装置
本专利技术涉及IGBT领域，尤其涉及一种多个IGBT短路检测和保护方法及装置。
技术介绍
对于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)的检测保护，主要包含以下三种方法：(1)采用模拟分立元件实现，然而此类方法所需的元件数量多且复杂。特别是针对多个IGBT的系统而言，由于模拟器件离散性，还会存在保护参数不一致的情况，且保护参数随着时间温度变化会产生偏移。(2)采用集成模块实现，集成模块实际上也是由模拟分立元件组成，由于封装成模块，可以方便使用，然而该方案同样存在上述缺陷，即针对多个IGBT的系统，保护参数不一致且保护参数随着时间温度变化会产生偏移。上述两种方案中，IGBT保护门槛值在现场使用时，无法根据具体情况进行调整；在IGBT发生故障时，短路电流值无法精确量化，同时也不能显示以进行实时观察，不便于事后分析。(3)采用霍尔元件进行IGBT短路检测，但是此类方案存在保护响应的速度问题，无法实现产品的小型化，在实际产品中很少采用。如图1所示，传统IGBT短路检测保护结构原理，采用分立模拟器件进行IGBT检测和保护，然后向中央处理芯片传输数据。采用此类方案，所需元件众多，各个保护门限值有偏差，使得保护并不准确；另一方面保护门限值是固定的而无法变动，同时向中央处理芯片U1传输的数据有限且存在偏差，无法全面反映IGBT故障状态。IGBT应用于高压环境中时，例如在高压变频器中，IGBT都工作在主回路电网中(电压等级从380V至10000V)，而主回路电网是一个变化复杂且干扰严重的环境，采用可编程芯片对IGBT进行直接检测和保护时，极有可能会导致可编程芯片受到干扰不能正常工作。现有技术中，均是将用于检测和保护的可编程芯片放在低压侧，与主回路电网进行光电隔离或磁隔离，因此IGBT短路检测保护都采用分立模拟器件来进行，各个方案中的不同点只是电路结构以及封装形式有所区别。要使得可编程芯片在主回路电网中正常工作，需要满足以下两个条件：A、保证可编程芯片工作电压稳定性。要满足该条件的一个方法是采用高频开关电源给可编程芯片供电，通过调整开关电源的工作频率能够及时调整芯片波动的电源；另外一个方法是在芯片的每个使用引脚连接低阻抗电容，利用电容两端电压不能突变的特性，抑制瞬间干扰。电容值大小根据芯片允许的电压范围进行选取，若值太大会影响信号传输速度，太小则无抑制效果；B、可编程芯片任意引脚上的电压不超过可编程芯片的工作电源电压。要满足该条件只需要给芯片的每个引脚提供确定的电压，有输入输出工作的引脚都会有明确电压信号，因此将不需要使用的引脚通过上拉或下拉电阻接地，防止悬空形成不定电压而被击穿。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、保护参数一致、能够对多个IGBT进行统一检测和保护、便于精确量化及观察分析的多个IGBT短路检测和保护方法及装置。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种多个IGBT短路检测和保护方法，步骤为：(1)向每个IGBT持续的发送正电平驱动脉冲，IGBT接收驱动脉冲并驱动IGBT开通；(2)实时检测每个IGBT两端的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障并发送判定结果，转入执行步骤(4)；若为否，转入执行步骤(3)；(3)将检测得到的短路电压转换为短路电流值并计算短路电压与短路电流的目标倍数，判断目标倍数是否大于预设的倍数门限值，若为是，判定为IGBT短路故障并发送判定结果，转入执行步骤(4)；若为否，返回执行步骤(2)；(4)将驱动脉冲降为负电平，驱动IGBT关断。作为本专利技术方法的进一步改进：所述步骤(3)中将检测得到的短路电压转换为短路电流值的方法为：将IGBT的短路电压值和短路电流值的曲线表分为多个小段，按照下式得到每一段曲线短路电压值和短路电流值的对应关系，根据对应关系将检测得到的短路电压转换为短路电流值；Yn＝KnX(Xn≤X≤Xn+1)其中，Yn为第n段的短路电流值，X为第n段的短路电压值，Kn为第n段短路电压与短路电流的倍数关系。作为本专利技术方法的进一步改进：将IGBT的短路电压值和短路电流值的曲线表分为10个小段。作为本专利技术方法的进一步改进：还包括步骤(1)前的IGBT短路损坏判定流程，具体实现方法为：检测IGBT两端的电压，判定是否低于设置的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT短路损坏故障并发送判定结果，向IGBT发送负电平驱动脉冲，驱动IGBT关断；若为否，执行步骤(1)。一种多个IGBT短路检测和保护装置，包括多个短路检测保护模块，每个所述短路检测保护模块包括驱动单元、短路检测保护单元；每个所述驱动单元向对应的IGBT持续的发送正电平驱动脉冲驱动IGBT开通，每个所述短路检测保护单元实时检测对应IGBT两端的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障并发送判定结果，将正电平驱动脉冲降为负电平，输出给驱动单元，驱动IGBT关断；若为否，将短路电压转换为短路电流值并计算短路电压与短路电流的目标倍数，判断目标倍数是否大于预设的倍数门限值，若为是，判定为IGBT短路故障并发送判定结果，将正电平驱动脉冲降为负电平，输出给驱动单元，驱动IGBT关断，若为否，继续执行短路检测保护单元。作为本专利技术装置的进一步改进：所述短路检测保护单元包括依次连接的短路电压采集子单元、短路电流处理子单元和检测结果输出子单元；所述短路电压采集子单元采集IGBT两端的电压，输出给短路电流处理子单元，所述短路电流处理子单元将检测得到的短路电压转换为短路电流、计算出短路电流值与短路电压值的目标倍数，根据预设的短路电压门限值和倍数门限值判断IGBT的故障状态，由检测结果输出子单元输出短路电流值及故障状态判定结果。作为本专利技术装置的进一步改进：所述短路电流处理子单元包括依次连接的放大器、高速AD转换芯片以及可编程逻辑芯片；所述可编程逻辑芯片用于将短路电压转换为短路电流且计算得出短路电流与短路电压的倍数，根据预设的短路电压门限值及倍数门限值判断IGBT的故障状态。作为本专利技术装置的进一步改进：所述短路电流处理子单元采用可编程逻辑芯片，所述可编程逻辑芯片的供电电源端与IGBT的发射级E端相连或通过一个电阻与IGBT的发射级E极相连。作为本专利技术装置的进一步改进：还包括与每个短路检测保护模块连接的人机交互模块，所述人机交互模块包括参数设置单元及显示触控单元；所述参数设置单元，用来生成每个IGBT短路电压值和短路电流值的对应关系表，并设置短路电压门限值和倍数门限值；所述显示触控单元，用来接收短路检测模块输出的故障状态判定结果并进行显示。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术通过设置统一的短路门限值，在进行IGBT短路检测时，实时检测IGBT两端电压，根据预设的短路门限值判断IGBT的故障状态，在判定出现故障时及时关断IGBT，实现方法简单，保证了所有的IGBT的保护门限值一致，避免保护误动作或不动作的发生；同时根据不同IGBT的短路电压与短路电流的对应关系分别进行判别处理，对检测到的IGBT的故障状态进行精确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多个IGBT短路检测和保护方法，其特征在于，步骤为：（1）向每个IGBT持续的发送正电平驱动脉冲，IGBT接收驱动脉冲并驱动IGBT开通；（2）实时检测每个IGBT两端的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障并发送判定结果，转入执行步骤（4）；若为否，转入执行步骤（3）；（3）将检测得到的短路电压转换为短路电流值并计算短路电压与短路电流的目标倍数，判断目标倍数是否大于预设的倍数门限值，若为是，判定为IGBT短路故障并发送判定结果，转入执行步骤（4）；若为否，返回执行步骤（2）；（4）将驱动脉冲降为负电平，驱动IGBT关断。

【技术特征摘要】
1.一种多个IGBT短路检测和保护方法，其特征在于，步骤为：(1)向每个IGBT持续的发送正电平驱动脉冲，IGBT接收驱动脉冲并驱动IGBT开通；(2)实时检测每个IGBT漏极和源极之间的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障并发送判定结果，转入执行步骤(4)；若为否，转入执行步骤(3)；(3)将检测得到的短路电压转换为短路电流值，得到短路电压与短路电流的目标倍数，判断目标倍数是否大于预设的倍数门限值，若为是，判定为IGBT短路故障并发送判定结果，转入执行步骤(4)；若为否，返回执行步骤(2)；(4)将驱动脉冲降为负电平，驱动IGBT关断；还包括步骤(1)前的IGBT短路损坏判定流程，具体实现方法为：检测IGBT漏极和源极之间的电压，判定是否低于设置的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT短路损坏故障并发送判定结果，向IGBT发送负电平驱动脉冲，驱动IGBT关断；若为否，执行步骤(1)。2.根据权利要求1所述的多个IGBT短路检测和保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中将检测得到的短路电压转换为短路电流值的方法为：将IGBT的短路电压值和短路电流值的曲线表分为多个小段，按照下式得到每一段曲线短路电压值和短路电流值的对应关系，根据对应关系将检测得到的短路电压转换为短路电流值；Yn＝KnX(Xn≤X≤Xn+1)其中，Yn为第n段的短路电流值，X为第n段的短路电压值，Kn为第n段短路电压与短路电流的倍数关系。3.根据权利要求2所述的多个IGBT短路检测和保护方法，其特征在于，将IGBT的短路电压值和短路电流值的曲线表分为10个小段。4.一种多个IGBT短路检测和保护装置，其特征在于：包括多个短路检测保护模块(1)，每个所述短路检测保护模块(1)包括驱动单元、短路检测保护单元；每个所述驱动单元向对应的IGBT持续的发送正电平驱动脉冲驱动IGBT开通，每个所述短路检测保护单元实时检测对应IGBT漏极和源极之间的电压值，判断是否大于预设的短路电压门限值，若为是，判定为IGBT内部开路故障并发送判定结果，将正电平驱动脉冲降为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝华，廖晓斌，杨珊华，
申请(专利权)人：长沙奥托自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43