[發(fā)明專利]一種IGBT過壓保護(hù)電路及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210361826.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN114531139A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合眾新能源汽車有限公司
• 主分類號(hào): H03K17/082
• 分類號(hào): H03K17/082;H03K17/567
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭蔚

本發(fā)明公開了一種IGBT過壓保護(hù)電路，包括控制單元和保護(hù)電路，其中，所述控制單元，用于根據(jù)輸入的高頻脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT；所述保護(hù)電路，用于檢測(cè)IGBT的過電壓，反饋給所述控制單元，使所述控制單元輸出控制信號(hào)對(duì)所述IGBT進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明還揭示了一種應(yīng)用上述IGBT過壓保護(hù)電路的控制方法，所述控制單元的控制方法包括：在電機(jī)上電時(shí)，脈沖產(chǎn)生母線電壓；所述控制單元判斷母線電壓是否過高？根據(jù)不同情況，進(jìn)入兩種工作模式。本發(fā)明不需要改變現(xiàn)有硬件資源，只需調(diào)整軟件控制策略；減少故障，增加系統(tǒng)可靠性；易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種IGBT過壓的保護(hù)電路及其方法，尤其是一種有源鉗位電路保護(hù)IGBT過壓的改善電路和控制方法。

背景技術(shù)

電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛，是控制電動(dòng)汽車最關(guān)鍵的部分。IGBT在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中屬于逆變器模塊，將動(dòng)力電池的直流電逆變成交流電提供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。IGBT約占新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及車載充電系統(tǒng)成本的40％，折合到整車上約占總成本的7～10％，其性能直接決定了整車的能源利用率。

由于在直流電轉(zhuǎn)交流電的換流回路中存在雜散電感，因此在IGBT關(guān)斷時(shí)會(huì)引起電壓尖峰，有引起IGBT過壓損壞的風(fēng)險(xiǎn)，這將嚴(yán)重影響新能源汽車的可靠性，現(xiàn)有的解決辦法通常是引入有源鉗位電路保護(hù)IGBT過壓。

圖1為設(shè)置了有源鉗位電路的換流回路構(gòu)成圖。

該有源鉗位電路包含連接在柵極和集電極之間的TVS二極管及串聯(lián)的二極管VD，增加了PCB板布圖的復(fù)雜度，增加了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的可靠性。

而且，該換流回路存在更嚴(yán)重的缺陷體現(xiàn)在：

第一，上電過程可能存在異常過壓脈沖工況，導(dǎo)致高壓TVS二極管損壞，由于較大能量使得TVS二極管失效短路；

第二，異常過壓脈沖使TVS二極管擊穿短路后，硬件過壓故障，MCU進(jìn)入下橋臂，而二極管上電壓過高觸發(fā)上橋臂有源鉗位電路使能，最終導(dǎo)致IGBT長時(shí)間上下橋臂直通造成短路，從而損壞整個(gè)IGBT模塊。

圖2示意了雜散電感產(chǎn)生尖鋒電壓的示意圖，由于雜散電感過大，在高母線電壓下，過高的電壓尖鋒導(dǎo)致拖尾電流降低甚至消失，產(chǎn)生強(qiáng)烈的關(guān)斷震蕩，即突然關(guān)斷，嚴(yán)重將導(dǎo)致IGBT的損壞。

發(fā)明內(nèi)容

應(yīng)當(dāng)理解，本公開以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并且旨在為本公開提供進(jìn)一步的解釋。

針對(duì)上述分析的關(guān)斷失效原因，本發(fā)明提出一種IGBT過壓保護(hù)電路及其控制方法，通過關(guān)斷失效路徑解決IGBT損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種IGBT過壓保護(hù)電路，包括控制單元和保護(hù)電路，其特征在于：

所述控制單元，用于根據(jù)輸入的高頻脈沖調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT；

所述保護(hù)電路，用于檢測(cè)所述IGBT的過電壓，反饋給所述控制單元，使所述控制單元輸出控制信號(hào)對(duì)所述IGBT進(jìn)行保護(hù)。

比較好的是，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種IGBT過壓保護(hù)電路，其特征在于，所述保護(hù)電路包括：

有源鉗位電路，用于通過檢測(cè)所述IGBT的集電極電位是否超過設(shè)定鉗位門限來判斷是否發(fā)生過電壓故障；當(dāng)超過所述設(shè)定鉗位門限時(shí)，所述有源鉗位電路抬升所述IGBT門極電位，降低所述IGBT的集電極電位，保護(hù)所述IGBT。

本發(fā)明還提供了一種IGBT過壓保護(hù)電路的控制方法，其特征在于，所述控制單元的控制方法包括：

步驟1，在電機(jī)上電時(shí)，脈沖產(chǎn)生母線電壓；

步驟2，所述控制單元判斷母線電壓是否過高？根據(jù)不同情況，進(jìn)入兩種工作模式。