[發明專利]基于瞬時功率損耗保護中高壓IGBT模塊短路的方法

有效

• 申請號: 201910853379.3
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110707665B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 孟昭亮;艾勝勝;高勇;楊媛;盧志鵬;方正鵬;呂亞茹
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: H02H7/20
• 分類號: H02H7/20;G01R31/26
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種基于瞬時功率損耗保護中高壓IGBT模塊短路的方法，包括采集IGBT模塊的瞬時集電極電流、瞬時集電極?發射極電壓，對采集的集電極電流和集電極?發射極電壓進行乘法運算，得到IGBT模塊的瞬時功率損耗P(t)，將瞬時功率損耗P(t)與IGBT模塊能正常工作的最高瞬時功率損耗P_max進行比較，當P(t)2P_max時，對IGBT模塊進行短路保護。本發明保護中高壓IGBT模塊短路的方法測試誤差小，外界干擾小，能提高了IGBT模塊的使用壽命。

技術領域

本發明屬于IGBT模塊保護技術領域，涉及一種基于瞬時功率損耗保護中高壓IGBT模塊短路的方法。

背景技術

IGBT模塊由絕緣柵雙極型晶體管和續流二極管通過特定的電路橋接封裝而成的半導體模塊，封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上。IGBT作為功率開關元件兼有GTR高電流密度、低飽和電壓和高耐壓的優點以及MOSFET高輸入阻抗、高開關頻率、單極型電壓驅動和低驅動功率的優點。IGBT以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器和各種逆變電源，是變頻調速，冶金機械，電力牽引，伺服驅動的一種非常理想的電力電子器件。

由于大功率IGBT模塊通常工作在高壓大電流的條件下，在系統運行的過程中，IGBT模塊會出現短路損壞的問題，嚴重影響其應用。因此，IGBT模塊短路檢測與保護是其中的一項關鍵技術。目前IGBT驅動板都沒有設計過瞬時功率損耗預警功能，IGBT短路保護一般有以下幾種：

(1)使用VCE退飽和檢測，再配合適當的軟關斷電路進行保護。使用VCE退飽和檢測時，需要較長的時間(1～8μs)檢測盲區和較高的集電極-發射極電壓檢測閾值。但當IGBT模塊發生一類短路時，集電極電流迅速上升，IGBT模塊一直工作在線性區，較長的短路檢測盲區時間不僅不利于限制IGBT模塊的短路電流和功耗，而且可能導致IGBT模塊短路超過其10μs的安全工作時間而損壞。

(2)使用電流傳感器對IGBT模塊集電極電流或母線電流進行檢測，制作霍爾傳感器的材料會影響其性能，導致其產生磁阻效應、溫漂和不等電勢等。羅氏線圈骨架會因溫度發生變形，線圈繞制的不均勻會產生很大的測量誤差，外界磁場會干擾輸出的信號。

(3)di/dt檢測法實現動態監測，沒有盲區，且相應的保護電路成本低，容易集成，但是大功率IGBT模塊中，寄生電感LeE的值比較小，其值也難以確定。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于瞬時功率損耗保護中高壓IGBT模塊短路的方法，解決了現有方法導致IGBT模塊短路檢測有檢測盲區和較高功率損耗的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于瞬時功率損耗保護中高壓IGBT模塊短路的方法，包括以下步驟：

步驟1，采集IGBT模塊的瞬時集電極電流Ic(t)；

步驟2，采集IGBT模塊的瞬時集電極-發射極電壓Uce(t)；

步驟3，對采集的集電極電流和集電極-發射極電壓進行乘法運算，得到IGBT模塊的瞬時功率損耗P(t)，

P(t)＝Uce(t)×Ic(t)；

步驟4，將瞬時功率損耗P(t)與IGBT模塊能正常工作的最高瞬時功率損耗P_max進行比較，當P(t)2P_max時，對IGBT模塊進行短路保護。

本發明的技術特征還在于，

其中，IGBT模塊包括兩個橋接的絕緣柵雙極型晶體管和一個分流器，分流器與絕緣柵雙極型晶體管相互串聯。

步驟1的具體方法是，用電壓采樣電路采集IGBT模塊的瞬時分流器兩端的電壓U_V1+V1-，則集電極電流Ic(t)為：