[发明专利]一种短路和过流保护装置和方法

说明书

本申请公开了一种短路和过流保护装置，包括：用于检测磁场绝对值的检测电路；并且，针对被保护电路中的预设的N个开关管，如果流经N个开关管的正向电流相同，则各个开关管在检测电路的检测位置处产生的磁场矢量相同，N为不小于2的正整数；与检测电路连接的关断电路，用于当检测电路检测到的磁场绝对值达到预设磁场强度阈值时，将N个开关管中的至少一个开关管进行关断。应用本申请的方案，可以低成本地，快速，准确地实现开关管的短路和过流保护，且对于短路情况具有一定的预测性，可以起到提前进行短路防护的作用。本申请还公开了一种短路和过流保护方法，具有相应技术效果。

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种短路和过流保护装置和方法。

背景技术

可靠的短路和过流保护对于电力电子器件的可靠性而言至关重要。特别是相较于Si IGBT（Silicon Insulated Gate Bipolar Transistor，硅绝缘栅双极型晶体管），SiCMOSFET（Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管）的短路电流上升速度和峰值要大得多，因此短路电流可承受时间更短，更需要进行快速，准确的短路保护。短路和过流保护的实现主要分为两步，第一步：检测到器件发生短路或过流，从而发出故障信号。第二步：收到故障信号的关断电路将器件安全可靠地关断。

针对SiC MOSFET的短路和过流保护中的第一步，国内外提出了多种方案，一种最简单的方法是利用欧姆定律，将电流转换为电压信号。但是，由于需要在SiC MOSFET的功率回路中插入采样电阻，会增加损耗和环路电感，不适合在高压大功率场合中使用。罗氏线圈是一种经典的基于法拉第定律的电流检测方法，环状结构的感应部分可以包含数百圈空心线圈，带电导体穿过该环状结构与其形成互感。导体电流在环状结构感应出电压，经积分后可得到电流的交流成分。但是积分器中的运放内部一般存在偏置电压、电流，会导致积分器的输出漂移甚至饱和，为解决该问题需要采用高性能运放，添加校正电路和复位开关并逐个调试，这些措施都增加了罗氏线圈技术的成本和复杂度。法拉第电磁感应定律也能用来测量电流。一种典型的方法是采用图1所示的RC积分电路，将开尔文电感的信息转为电压，将与阈值比较即可判断短路故障，但是对于变化缓慢的过流故障，检测时间会明显变长，甚至检测不到。集成了Sense电极的SiC MOSFET芯片可以将部分晶胞专门用于电流检测，但是成本较高，不具备普遍性。

综上所述，如何低成本地，快速，准确地实现开关管的短路和过流保护，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种短路和过流保护装置和方法，以低成本地，快速，准确地实现开关管的短路和过流保护。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种短路和过流保护装置，包括：

用于检测磁场绝对值的检测电路；并且，针对被保护电路中的预设的N个开关管，如果流经N个所述开关管的正向电流相同，则各个所述开关管在所述检测电路的检测位置处产生的磁场矢量相同，N为不小于2的正整数；

与所述检测电路连接的关断电路，用于当所述检测电路检测到的所述磁场绝对值达到预设磁场强度阈值时，将N个所述开关管中的至少一个开关管进行关断。

优选的，N的取值为2，且预设的2个开关管为同一桥臂中的上开关管和下开关管。

优选的，所述关断电路，具体用于：

当所述检测电路检测到的所述磁场绝对值达到预设磁场强度阈值时，将N个所述开关管中的至少一个开关管采用两电平关断的方式进行关断。

优选的，所述关断电路包括：分别用于进行N个开关管的通断控制的N个关断单元，且每一个所述关断单元中均包括：