[發明專利]一種IGBT過流過壓保護電路及一種IGBT過流過壓保護方法

在審

• 申請號: 202011275120.4
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112366658A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 郭斌;史業照;鄭永軍;胡曉峰
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12;H02H3/10;H02H3/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種IGBT過流過壓保護電路及一種IGBT過流過壓保護方法，其中IGBT過流過壓保護電路包括IGBT、過流保護電路、門極驅動電路和過壓保護電路；所述過流保護電路用于監測所述IGBT的V_CE飽和壓降電壓，當所述IGBT的V_CE飽和壓降電壓超過設定閾值時，過流信號會傳輸給控制板，當控制板接收到故障信號時，會控制所述門極驅動電路關斷所述IGBT；所述過壓保護電路用于監測IGBT的集電極電壓，當所述IGBT的集電極電壓超過設定閾值時，過壓信號會傳輸給控制板，當控制板接收到故障信號時，會控制所述門極驅動電路關斷所述IGBT。該電路結構簡單，驅動電流小，大大縮短了IGBT過流過壓保護的響應時間，更加及時的保護IGBT模塊，以提高系統的可靠性。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種IGBT過流過流保護電路及一種IGBT過流過壓保護方法。

背景技術

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是當今電力電子系統中最重要的部件，廣泛應用于從幾百伏到幾千伏的各種功率級應用中。在IGBT的使用壽命期間，由于控制單元故障、人為錯誤或其他不可控因素，可能會出現不同的極端操作條件。IGBT最常見的情況之一是短路。為了避免對設備甚至電力系統造成損壞，應在幾微秒內檢測并關閉IGBT的短路。由于IGBT所能承受的過電流有限，過電流保護應快速準確。IGBT在其正常工作期間處于飽和區，集電極和發射極之間的電壓降V_CE非常小(約2V)。當短路發生時，電流值迅速達到額定電流的4-8倍，V_CE迅速上升，然后退出飽和區。這個過程叫做去飽和。如果IGBT沒有及時關閉，V_CE可能會上升到母線電壓值，對IGBT造成不可逆轉的損害。因此，可以根據V_CE的電壓值來判斷IGBT的工作狀態。還有一種常見情況是IGBT的過壓，過壓會導致IGBT的內部結構電擊穿，長時間會進而導致IGBT熱擊穿，熱擊穿會破環IGBT內部的物理結構，這是不可逆的過程，IGBT會由于熱擊穿而失效。因此，可以通過監測IGBT的集電極電壓以避免IGBT承受過大的電壓。

IGBT的過電流檢測方法包括電流傳感器檢測、di/dt檢測、V_CE飽和壓降檢測等。電流傳感器檢測主要采用閉環霍爾電流傳感器進行采樣。然而，受霍爾傳感器帶寬和控制系統采樣電路延遲的限制，實時性有待提高。di/dt檢測主要是利用IGBT的功率E極和驅動E極的寄生電感來判斷電流的大小，但是這個電感參數不容易得到。因此，提出V_CE飽和壓降監測的IGBT過流保護電路對IGBT的短路狀況進行實時監測，避免IGBT由于長時間過流而造成損壞。同時，提出IGBT過壓保護電路對IGBT的過壓狀況進行實時監測，與過流保護電路一起對IGBT進行雙重保護，避免IGBT失效。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種IGBT過流過壓保護電路及一種IGBT過流過壓保護方法，過流保護電路能夠準確地監測IGBT的飽和壓降V_CE，并通過設定的閾值與飽和壓降V_CE進行比較，當飽和壓降V_CE超過設定閾值時，則會控制關斷IGBT，從而避免IGBT的長時間過流。過壓保護電路能夠監測IGBT的集電極電壓，當IGBT的集電極電壓超過TVS二極管的反向擊穿電壓時，會發送過壓信號給控制板，控制板則會控制關斷IGBT，從而避免IGBT承受過大的電壓。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明公開了一種IGBT過流過壓保護電路，包括過流保護電路、門極驅動電路和過壓保護電路；所述過流保護電路用于監測所述IGBT的V_CE飽和壓降電壓，當所述IGBT的V_CE飽和壓降電壓超過設定閾值時，過流信號會傳輸給控制板，當控制板接收到故障信號時，會控制所述門極驅動電路關斷所述IGBT；所述過壓保護電路用于監測IGBT的集電極電壓，當所述IGBT的集電極電壓超過設定閾值時，過壓信號會傳輸給控制板，當控制板接收到故障信號時，會控制所述門極驅動電路關斷所述IGBT。