[发明专利]一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置及方法

说明书

本发明提供一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测方法，所述方法包括：当IGBT出现过流时，IGBT关断出现电压尖峰，当IGBT两端电压超过有源钳位二极管的击穿电压时，有源钳位电路工作，将IGBT钳位在保护电压上；检测电路有效地提取有源钳位动作时流过TVS支路电流的时间或存在钳位电压的时间并将该时间信号传递给处理器电路；处理器对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计；当处理器电路接收到流过TVS支路电流的时间信号或存在钳位电压的时间信号超过系统设置时间时，即可判定IGBT存在过流故障。本发明还提供了一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置及方法。

背景技术

绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)IGBT广泛应用于电力电子电路装置中。在高压大功率应用中，IGBT往往承受较大电流，IGBT过流是造成IGBT器件损坏的重要原因。在实际应用中，由于负载过载，外部干扰，内部信号错误等原因，都会造成IGBT器件电流急剧增加，超过其容量限制，此时需要关断IGBT器件进行保护，以免IGBT过热损坏。

目前IGBT器件的过流检测主要方法有三种：

一、退饱和检测方法：借助器件导通压降与集电极电流之间的关系，通过检测器件端电压来实现；

二、di/dt方法：检测IGBT开尔文发射极与功率发射极之间的寄生电感上的电压来进行。

三、电流传感器方法：直接采用电流传感器，根据传感器的安装位置不同，可以安装在直流母线侧，或负载侧。通过软件评估是否存在过流。

方法一和方法二主要针对于IGBT短路保护(过流的一种，故障回路阻抗非常小，电流上升率非常快)。时间一般在10us以内，此类短路电流较大，必须在短时间内将IGBT关断，否则会出现IGBT炸管事件。IGBT发生短路时，典型特征是发生退饱和行为，此时借助方法一可以有效检测。另外，IGBT发生短路的前期，电流上升率非常快，此时可以借助方法二进行检测。

方法三主要针对过流回路阻抗较大场合，电流的上升率较缓，电流的上升率在辅助发射极电压也太小，同时过流值不足以使得IGBT产生退饱和行为。此类过流在短时间内不足以将损坏IGBT。但是特殊工况下，如果出现短时间大电流频繁开通关断，短时间内IGBT会产生热积累，也会存在一定的风险。大功率IGBT为了过压保护，一般存在有源钳位电路。有源钳位电路，由多个瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressors)TVS串联组成。在短时间内被频繁的击穿，也面临热损耗问题，影响了系统的可靠性。方法三虽能检测出系统过流，但无法甄别过流路径，不便于故障分析。另外，由于方法三的电流传感器是装在负载侧，一般是通过软件检测，其在检测时间上会有一定的延时。

因此，现急需对IGBT过流检测的装置及方法进行改进。

发明内容

本发明目的在于提供一种有源钳位反馈型的IGBT过流检测的装置及方法，旨在提高对过流行为检测的快速性、准确性及全面性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于有源钳位反馈型的IGBT过流检测装置，其驱动电路包括处理器电路，推挽电路，有源钳位电路及检测电路，其中处理器电路用于接收PWM输入信号，驱动后面的推挽电路，同时对检测电路传递的信号的时间及次数进行统计，并上传给上位机；推挽电路用于将接收的PWM信号放大后驱动IGBT；有源钳位电路用于IGBT的过电压保护；检测电路用于检测有源钳位电路的动作信号并将该信号传给处理器。

优选的，所述处理器电路采用可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicDevice)CPLD或(Field Programmable Gate Array)FPGA。