[发明专利]一种基于VCE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT短路保护自适应优化方法，尤其涉及一种基于V_CE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法。

背景技术

IGBT作为一种新型的功率半导体开关器件，在大功率领域正得到越来越广泛的应用。IGBT及其驱动保护电路的设计关系到整个系统的稳定性运行，因此IGBT驱动保护电路的设计尤为重要。在IGBT的诸多保护类型中，短路保护尤其是桥臂短路是尤为严重的情况，在该种情况下，故障的IGBT需要能够被快速有效关断，否则会损坏IGBT模块，进而可能会危害整个功率系统。现有的主流短路保护方法按检测方式分类主要有检测IGBT的C-E电压、集电极电流和集电极电流变化率等。采用检测集电极电压V_CE的短路保护方法的工作原理为当发生短路故障尤其是桥臂短路故障时，IGBT集电极电流迅速上升，由IGBT输出特性可知，IGBT由饱和区退出进入有源区，V_CE迅速上升至母线电压，因此可以在IGBT导通的状态下，通过实时检测V_CE的大小来判断IGBT是否发生短路故障。由于检测IGBT管压V_CE方法的便捷性，现在大多数的驱动保护芯片均集成了该种短路保护的方法，但这种方法在实际应用中会有两点不足，一是屏蔽时间长短的精确设置问题；二是加入的屏蔽电路所造成的短路保护延时问题。

具体来说，由于大多数驱动集成芯片是在IGBT开通状态下放开V_CE检测引脚DESAT，而在关断状态下拉低该引脚，因此在IGBT开通瞬间，该检测引脚便开始工作；同时，由于IGBT门极在开通时短路保护检测引脚开始工作，但此时V_CE依然很高，需要经过一段时间才会到达通态压降，因此需要将这一段时间进行屏蔽以保证工作的可靠性，否则在IGBT开通时，保护电路会立即触发，产生误信号。现有的IGBT驱动保护集成芯片不能够自动判断在IGBT开通后何时开始检测集电极电压V_CE，即不能自动判断何时开始检测短路故障，因此需要设置该段时间，其长短需要进行实验测试，以选取合适的屏蔽时间，或者选择比较长的屏蔽时间。通常会设计R_blocking与C_blocking组成的RC屏蔽电路进行屏蔽，这样在IGBT开通并经过一段特定的屏蔽时间后，V_CE才会被实时检测以判断电路工作状态。考虑到不同模块及不同工况所需要屏蔽时间不同，因此一般会将该段屏蔽时间设置较长。同时，也需注意避免该屏蔽时间过长，以免在发生短路保护时，屏蔽电路所造成的延时过长，不能够快速关断IGBT，增大IGBT发生损坏的概率。

有鉴于此，如何对现有的基于V_CE检测的短路保护方法进行优化，使得现有的集成驱动芯片能够在IGBT开通过程中自动判断驱动芯片的短路保护检测引脚何时开始检测IGBT的管压V_CE，即何时开始进行短路故障检测，且能够适应不同的IGBT模块及不同工况，同时能够减小因屏蔽电路所造成的延时时间。

发明内容

针对现有的IGBT集成驱动芯片在应用中存在的如上所述的在短路保护方面的不足，提出了一种基于V_CE检测的IGBT短路保护自适应优化单元及方法。

本发明解决上述不足所采取的技术方法是：

基于V_CE检测的IGBT短路保护自适应优化单元包含比较单元、反相单元、触发单元、或单元、下拉单元和最长延时单元：

比较单元，其第一输入端连接于功率半导体开关IGBT的集电极C端，用于检测功率半导体开关IGBT的集电极端电压信号V_CE，其第二输入端接一预设电压阈值V_REF，其输出端连接至触发单元的第一输入端；

反相单元，其输入端连接至IGBT驱动芯片单元的VOUT引脚输出的一驱动信号V_OUT，对其进行反相处理，将反相信号通过输出端输出至触发单元的第二输入端；

触发单元，其第一输入端连接至所述比较单元的输出端，第二输入端连接至所述反相单元的输出端，输出端连接至或单元的输入端；

或单元，其第一输入端连接至触发单元的输出端，第二输入端连接至最长延时单元的输出端，输出端连接至下拉单元的输入端；

下拉单元，其输入端连接至所述或单元的输出端，输出端连接至IGBT驱动芯片单元的短路保护检测引脚DESAT；