[發(fā)明專(zhuān)利]一種IGBT兩級(jí)軟關(guān)斷短路保護(hù)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110671794.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113659968B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡四全;周輝;馬俊杰;胡劍生;方玉鑫;歐宏;畢闖;陳同浩;田世克;雍進(jìn)玲;夏洪亮;趙起超;張銳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 許繼集團(tuán)有限公司;許繼電氣股份有限公司;電子科技大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（湖州）
• 主分類(lèi)號(hào): H03K17/082
• 分類(lèi)號(hào): H03K17/082;H03K17/567
• 代理公司: 北京中創(chuàng)云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

本發(fā)明公開(kāi)了一種IGBT兩級(jí)軟關(guān)斷短路保護(hù)裝置，包括：基于V_ce退飽和檢測(cè)的第一短路檢測(cè)模塊、基于柵極電流檢測(cè)的第二短路檢測(cè)模塊、第一軟關(guān)斷模塊、第二軟關(guān)斷模塊和柵極驅(qū)動(dòng)電阻；第一短路檢測(cè)模塊檢測(cè)IGBT的V_ce電壓，在V_ce電壓異常時(shí)向第一軟關(guān)斷模塊發(fā)出第一故障信號(hào)；第二短路檢測(cè)模塊檢測(cè)柵極電流，在柵極電流異常時(shí)向第二軟關(guān)斷模塊發(fā)出第二故障信號(hào)；第一軟關(guān)斷模塊和第二軟關(guān)斷模塊依次通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷IGBT，以減緩IGBT的關(guān)斷速度。通過(guò)兩級(jí)軟關(guān)斷技術(shù)采用電壓和電流檢測(cè)方法結(jié)合，兼顧柵極電流檢測(cè)法的快速高效和V_ce退飽和檢測(cè)法的準(zhǔn)確有效，提高短路故障檢測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性，降低誤判概率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT兩級(jí)軟關(guān)斷短路保護(hù)裝置。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管IGBT因其驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在大功率電力電子變換器、600V以上的變流系統(tǒng)、交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路和牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，從而提高相關(guān)設(shè)備的功率密度。

但是IGBT在各類(lèi)功率變換器中工作時(shí)，由于橋臂直通的硬短路、負(fù)載側(cè)短路的軟短路以及過(guò)大的集電極電流所造成的擎住效應(yīng)失效均可導(dǎo)致IGBT故障。當(dāng)IGBT處于短路導(dǎo)通時(shí)，器件需同時(shí)承擔(dān)高壓和大電流作用，在很短的時(shí)間內(nèi)，芯片內(nèi)部存在急劇的溫度上升過(guò)程，極易使器件發(fā)生熱燒毀，甚至是發(fā)生炸管現(xiàn)象。同時(shí)，當(dāng)IGBT處于短路關(guān)斷過(guò)程時(shí)，因?yàn)榛芈分胸?fù)載電感或雜散電感的影響，器件產(chǎn)生正向電壓過(guò)沖，極易誘發(fā)過(guò)沖電壓超過(guò)器件最大耐壓而發(fā)生熱擊穿；此時(shí)，IGBT器件承受外界的應(yīng)力條件最為苛刻，更能檢驗(yàn)IGBT的關(guān)斷能力。所以，在IGBT應(yīng)用電路中，提升IGBT的短路關(guān)斷能力已成為研究IGBT短路能力加固和可靠性設(shè)計(jì)的重要方向。為避免應(yīng)用中短路情況對(duì)器件的破壞，可通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路在器件發(fā)生短路時(shí)及時(shí)將器件關(guān)斷。

目前常規(guī)的短路故障檢測(cè)方案包括以下幾種：一是退飽和檢測(cè)法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的短路保護(hù)，然而其保護(hù)是在IGBT開(kāi)通達(dá)到一定時(shí)間后才進(jìn)行退飽和檢測(cè)，且要求IGBT導(dǎo)通壓降(退飽和電壓)高于約額定電壓數(shù)值才能檢測(cè)出故障對(duì)于IGBT軟短路故障，其IGBT導(dǎo)通壓降在集電極電流非常大時(shí)仍處于較低的水平，此時(shí)退保和檢測(cè)法將無(wú)法檢測(cè)出故障，難以實(shí)現(xiàn)軟短路故障檢測(cè)及保護(hù)。二是集電極電流變化率(diC/dt)檢測(cè)法，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率IGBT硬短路故障的快速保護(hù)，通過(guò)多級(jí)退飽和檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的短路保護(hù)，該方法在IGBT短路發(fā)生較短時(shí)間內(nèi)就能檢測(cè)出故障，提高了短路故障檢測(cè)的快速性，但diC/dt故障檢測(cè)方法主要適用于小電感短路故障，其在大電感短路下仍存在檢測(cè)盲區(qū)，其多級(jí)退飽和檢測(cè)也難以實(shí)現(xiàn)IGBT軟短路故障的快速識(shí)別，因而其短路保護(hù)方法不完善。三是采用退飽和與diC/dt組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的短路故障檢測(cè)，同樣存在上述類(lèi)似的保護(hù)盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種IGBT兩級(jí)軟關(guān)斷短路保護(hù)裝置，通過(guò)兩級(jí)軟關(guān)斷技術(shù)采用電壓和電流檢測(cè)方法結(jié)合互補(bǔ)的思想，兼顧了柵極電流檢測(cè)法的快速高效性和V_ce退飽和檢測(cè)法的準(zhǔn)確有效性，提高了短路故障檢測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性，降低短路誤判概率，保護(hù)IGBT器件的性能。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種IGBT兩級(jí)軟關(guān)斷短路保護(hù)裝置，包括：基于V_ce退飽和檢測(cè)的第一短路檢測(cè)模塊、基于柵極電流檢測(cè)的第二短路檢測(cè)模塊、第一軟關(guān)斷模塊、第二軟關(guān)斷模塊和柵極驅(qū)動(dòng)電阻；

所述第一短路檢測(cè)模塊分別與IGBT驅(qū)動(dòng)電路和IGBT的集電極連接，所述第二短路檢測(cè)模塊與所述第二軟關(guān)斷模塊串聯(lián)后再并聯(lián)于所述IGBT 驅(qū)動(dòng)電路和所述IGBT的柵極之間，所述第一軟關(guān)斷模塊分別與所述IGBT 的柵極和所述第一短路檢測(cè)模塊連接，所述IGBT的柵極通過(guò)所述柵極驅(qū)動(dòng)電阻與所述IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接；

所述第一軟關(guān)斷模塊和所述第二軟關(guān)斷模塊分別通過(guò)FPGA與所述 IGBT驅(qū)動(dòng)電路連接；