[發(fā)明專利]IGBT過流保護電路及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711045376.4
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107659296A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊寧;謝望玉;李水昌;嚴翔;劉偉志;左鵬;鄭雪洋;趙震;宋術(shù)全;程建華;王為介;史志富;邱騰飛;姜龍飛;楊濱瑞;管健龍;馬馳;阮錚;秦帥;李旭陽;王曉宇;劉洋;張昱龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵道科學(xué)研究院;北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司;中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所
• 主分類號: H03K17/082
• 分類號: H03K17/082;H03K17/567;H03K17/284
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 王濤,賈磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT過流保護電路及方法。

背景技術(shù)

電力電子回路的過流可以根據(jù)過流回路電感值的大小來進行分類，同時可以按照這種分類對絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar TransistorIGBT)的過電流進行保護。當過流回路電感值較小時，電流上升較快，IGBT退飽和也較迅速；當過流回路電感值較大時，電流上升較慢，IGBT退飽和也較遲緩。但過流回路的電感值是無法預(yù)期的，是一個連續(xù)變化的過程，如何針對不同電感大小的過流回路進行有效的過流保護是IGBT驅(qū)動保護電路設(shè)計的難點和關(guān)鍵。

現(xiàn)有的IGBT的過流保護比較單一，大部分依靠模擬電路的動作進行保護，對過流保護的處理不夠靈活。只能保護回路電感值較小的過流情況(也稱為硬短路)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供了一種IGBT過流保護電路及方法，以保護過流回路電感值較小的硬短路及過流回路電感值較大的軟短路，使得針對不同IGBT的過流保護等級可調(diào)、自由靈活。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種IGBT過流保護電路，包括：數(shù)字處理電路、電壓檢測電路及多個模擬比較觸發(fā)電路；

多個所述模擬比較觸發(fā)電路的過流反饋輸出端均連接至所述數(shù)字處理電路的過流反饋輸入端，閾值控制輸入端連接至所述數(shù)字處理電路的數(shù)字控制輸出端；所述電壓檢測電路采集IGBT上的飽和壓降，并將所述飽和壓降分別輸入至多個所述模擬比較觸發(fā)電路；每一所述模擬比較觸發(fā)電路設(shè)置一過流保護閾值，所述數(shù)字處理電路根據(jù)多個所述模擬比較觸發(fā)電路反饋的過流反饋觸發(fā)狀況，延遲對應(yīng)時長向IGBT驅(qū)動控制電路發(fā)送IGBT關(guān)斷指令，完成不同等級過流反饋觸發(fā)狀態(tài)下的IGBT關(guān)斷動作。

一實施例中，所述數(shù)字處理電路包括：

CPLD數(shù)字芯片，設(shè)置有JTAG接口、多個過流反饋輸入端及多個數(shù)字控制輸出端；

復(fù)位電路，連接所述CPLD數(shù)字芯片。

一實施例中，所述電壓檢測電路包括：第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一二極管、第二二極管及第一運算放大器；所述第一電阻與第二電阻并聯(lián)后一端通過所述第一二極管及第三電阻連接至所述第一運算放大器的反向輸入端，并通過所述第二二極管連接至IGBT的集電極，另一端連接至所述第一運算放大器的同相輸入端及所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接地；所述第四電阻一端連接在所述第三電阻與所述反向輸入端之間，另一端連接所述IGBT的發(fā)射極；所述第一運算放大器的反向輸入端通過所述第六電阻連接所述第一運算放大器的輸出端。

一實施例中，所述模擬比較觸發(fā)電路包括：電阻陣列、第三二極管、第一電容、第二電容、第七電阻、第八電阻及第二運算放大器；

所述第二運算放大器的同相輸入端連接所述第一運算放大器的輸出端，通過所述第一電容接地，并通過所述第七電阻連接電源；所述第二運算放大器的反相輸入端依次通過所述第三二極管及所述電阻陣列連接至所述數(shù)字處理電路上對應(yīng)的數(shù)字控制輸出端，通過所述第二電容接地，并通過所述第八電阻連接所述電源；所述第二運算放大器的輸出端作為過流反饋輸出端連接至所述數(shù)字處理電路的過流反饋輸入端。

一實施例中，各所述模擬比較觸發(fā)電路具體用于將所述飽和壓降與自身的過流保護閾值進行比較，如果所述飽和壓降大于自身的過流保護閾值，所述模擬比較觸發(fā)電路向所述數(shù)字處理電路輸出過流反饋觸發(fā)信號。

一實施例中，所述數(shù)字處理電路根據(jù)收到過流反饋觸發(fā)信號對應(yīng)的各所述模擬比較觸發(fā)電路的優(yōu)先級延遲對應(yīng)時長向IGBT驅(qū)動控制電路發(fā)送IGBT關(guān)斷指令。

一實施例中，所述對應(yīng)時長由查詢IGBT技術(shù)手冊得到。

一實施例中，所述對應(yīng)時長由所述數(shù)字處理電路根據(jù)飽和壓降、通態(tài)電流及熱容量計算得到。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例還提供了一種IGBT過流保護方法，應(yīng)用于上述的IGBT過流保護電路，包括：

所述電壓檢測電路采集IGBT上的飽和壓降，并將所述飽和壓降發(fā)送給多個所述模擬比較觸發(fā)電路；

各所述模擬比較觸發(fā)電路將自身的過流保護閾值與所述飽和壓降進行比較，如果自身的過流保護閾值小于所述飽和壓降，輸出過流反饋觸發(fā)信號；

所述數(shù)字處理電路接收至少一所述模擬比較觸發(fā)電路輸出的過流反饋觸發(fā)信號，延遲對應(yīng)時長向IGBT驅(qū)動控制電路發(fā)送IGBT關(guān)斷指令，完成不同等級過流反饋觸發(fā)狀態(tài)下的IGBT關(guān)斷動作。