絕緣柵雙極型晶體管的失效模式檢測(cè)及保護(hù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的組件，其中的IGBT連接有柵極驅(qū)動(dòng)器，該柵極驅(qū)動(dòng)器用來接收用來驅(qū)動(dòng)所述IGBT的選通信號(hào)，并提供所述IGBT的反饋信號(hào)，其中所述反饋信號(hào)反應(yīng)了IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的變化。所述組件還包括失效模式檢測(cè)單元，用來基于所述選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序來判斷所述IGBT是否發(fā)生故障，并區(qū)分包括這些類型的故障：柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。
【專利說明】絕緣柵雙極型晶體管的失效模式檢測(cè)及保護(hù)的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgate bipolar transistor, IGBT)的失效模式檢測(cè)及保護(hù)的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是一種開關(guān)晶體管，可在開通狀態(tài)時(shí)讓功率流進(jìn)入，在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)阻斷功率流。IGBT是一種固態(tài)器件，沒有移動(dòng)部件，其不是通過打開和閉合一個(gè)物理連接來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的，而是通過向半導(dǎo)體元件施加一定電壓以使其改變極性來達(dá)到建立或斷開電氣連接的功能。在預(yù)定的情況下，IGBT普遍用作繼路器和變頻器中的開關(guān)元件，通過開通和關(guān)斷電子裝置來控制和轉(zhuǎn)換電能。
[0003]IGBT可單獨(dú)使用，也可以串聯(lián)使用。作為一個(gè)簡(jiǎn)便直接的方法，串聯(lián)操作的IGBT在高壓功率轉(zhuǎn)換中被普遍地使用。在串聯(lián)的多個(gè)IGBT中，任何一個(gè)IGBT的失效都可能導(dǎo)致整個(gè)IGBT串的異常運(yùn)行，更糟糕的是，還可能導(dǎo)致整個(gè)IGBT相橋損壞。比如，串聯(lián)的多個(gè)IGBT中的任何一個(gè)失效都可能引發(fā)電位不平衡的問題，從而影響整個(gè)IGBT串的堅(jiān)固性和可靠性。因此，有必要提供一種故障檢測(cè)功能，能在串聯(lián)的多個(gè)IGBT中快速而精確地檢測(cè)出故障位置和故障類型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的組件，其中的IGBT連接有柵極驅(qū)動(dòng)器，該柵極驅(qū)動(dòng)器用來接收用來驅(qū)動(dòng)所述IGBT的選通信號(hào)，并提供所述IGBT的反饋信號(hào)，其中所述反饋信號(hào)反應(yīng)了 IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的變化。所述組件還包括失效模式檢測(cè)單元，用來基于所述選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序來判斷所述IGBT是否發(fā)生故障，并區(qū)分包括這些類型的故障:柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的失效模式檢測(cè)方法。在該方法中，獲得用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT的選通信號(hào)，并獲得每一個(gè)IGBT的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)反應(yīng)了相應(yīng)IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的變化，然后將每一 IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序與一個(gè)參考時(shí)間順序相比，來判斷該IGBT是否發(fā)生了故障，并區(qū)分包括這些類型的故障:柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0007]圖1為一個(gè)實(shí)施例中的一種示例性組件的電路圖，該組件包括一個(gè)或多個(gè)串連的絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor, IGBT),且每一 IGBT連接有一個(gè)失效模式檢測(cè)單元。
[0008]圖2顯示了當(dāng)IGBT處于正常工作模式時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)(gatingsignal)和響應(yīng)該選通信號(hào)的上升沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0009]圖3顯示了在發(fā)生柵極驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的上升沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0010]圖4顯示了在發(fā)生開通失敗的故障時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的上升沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0011]圖5顯示了在發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的上升沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0012]圖6顯示了在發(fā)生開通過壓故障時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的上升沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0013]圖7顯示了當(dāng)IGBT處于正常工作模式時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的下降沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0014]圖8顯示了在發(fā)生關(guān)斷過壓故障時(shí)，發(fā)送到IGBT的選通信號(hào)和響應(yīng)該選通信號(hào)的下降沿作出的反饋信號(hào)的時(shí)間順序。
[0015]圖9顯示了一個(gè)是實(shí)例中的一種IGBT失效模式檢測(cè)方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]為了確保平均故障間隔時(shí)間(mean time between failures, MTBF),對(duì)中壓傳動(dòng)系統(tǒng)(medium voltage drive system)進(jìn)行失效模式的監(jiān)測(cè)和保護(hù)具有很重要的作用。由于中壓傳動(dòng)系統(tǒng)通常會(huì)包括一個(gè)或多個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolartransistor, IGBT),因此，為其中的一個(gè)或多個(gè)IGBT提供失效模式檢測(cè)和保護(hù)單元/方法，以便快速準(zhǔn)確地確定故障位置和故障類型也變得很重要。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT的組件，其中，每一個(gè)IGBT連接有一個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器，用來接收選通信號(hào)以驅(qū)動(dòng)IGBT，并提供該IGBT的反饋信號(hào)，另外，每一個(gè)IGBT還配置有失效模式檢測(cè)單元。經(jīng)過程序編制，所述失效模式檢測(cè)單元可基于所述選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序來判斷對(duì)應(yīng)的IGBT是否發(fā)生故障并判斷發(fā)生的故障的類型。所述失效模式檢測(cè)單元能夠區(qū)分可能發(fā)生于一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT上的各種常見故障類型，包括柵極驅(qū)動(dòng)器的故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。
[0018]除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請(qǐng)說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)。“包括”或者“包含”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0019]圖1顯示了一個(gè)組件的框圖，該組件包括N個(gè)(N為自然數(shù)且N彡I)串聯(lián)的IGBT，且每一 IGBT配備有一個(gè)用來監(jiān)測(cè)IGBT故障及故障類型的失效模式檢測(cè)單元。如圖1所示，每一 IGBT包括柵極(G)、發(fā)射極(E)和集電極(C)，其中柵極上連接有柵極驅(qū)動(dòng)器102。每一 IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)器102上連接有或結(jié)合有一個(gè)失效模式檢測(cè)單元104。所述一個(gè)或多個(gè)失效模式檢測(cè)單元104可以整合于一個(gè)用來控制整個(gè)所述組件的系統(tǒng)控制器，并且(或是)與該系統(tǒng)控制器聯(lián)通。其中，適合用作所述系統(tǒng)控制器的控制裝置包括但不限于:復(fù)雜可編程邏輯控制器件(complex programmable logic device, CPID)、可編程門陣列(field-programmable gate array, FPGA)和單片機(jī)(single chip microcomputer, SCM)0
[0020]選通信號(hào)(Gl，G2,…，或Gn)被發(fā)送到各柵極驅(qū)動(dòng)器102后，柵極驅(qū)動(dòng)器102將選通信號(hào)轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)功率，來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的IGBT快速地開通或關(guān)斷。表示了各IGBT的集電極-發(fā)射極電壓對(duì)應(yīng)所述選通信號(hào)變化的反饋信號(hào)(FBI，F(xiàn)B2,…，或FBn)被輸送到相應(yīng)的失效模式檢測(cè)單元104。經(jīng)過程序編制，所述失效模式檢測(cè)單元可基于所述選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序來判斷對(duì)應(yīng)的IGBT是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障還可判斷發(fā)生的故障的類型。一旦故障位置和故障類型確定，所述系統(tǒng)控制器106可向發(fā)生故障的IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)出故障清除信號(hào)(FC1，F(xiàn)C2，…，或FCn)來處理該故障。
[0021]所述失效模式檢測(cè)單元104經(jīng)過程序編制，可通過處理其對(duì)應(yīng)的IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)，來判斷該IGBT是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障還可進(jìn)一步判斷故障的類型，以下將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0022]如圖2-8所示，對(duì)于一個(gè)處于正常運(yùn)作模式的IGBT來說，每次在IGBT的開通和關(guān)斷瞬間的選通信號(hào)上升沿和下降沿出現(xiàn)之后，反饋信號(hào)中都會(huì)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)一段時(shí)間(如900納秒)的脈沖。然而，一旦IGBT或其柵極驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障，其反饋信號(hào)就可能會(huì)與正常模式下的不同。比如，當(dāng)IGBT正常開通時(shí)，如圖2所示，反饋信號(hào)會(huì)在選通信號(hào)的上升沿出現(xiàn)后的一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)一段時(shí)間的對(duì)應(yīng)脈沖。一旦IGBT發(fā)生柵極驅(qū)動(dòng)器的故障，如圖3所示，則反饋信號(hào)中對(duì)應(yīng)選通信號(hào)上升沿的脈沖會(huì)推遲出現(xiàn)，或者甚至是不出現(xiàn)。一旦IGBT發(fā)生開通失敗的故障，如圖4所示，所述反饋信號(hào)中對(duì)應(yīng)選通信號(hào)上升沿的脈沖的持續(xù)時(shí)間便會(huì)延長(zhǎng)。一旦IGBT發(fā)生短路故障或開通過壓故障，如圖5和6所示，則反饋信號(hào)中會(huì)在所述對(duì)應(yīng)選通信號(hào)上升沿的正常脈沖之后再出現(xiàn)一個(gè)不正常的第二脈沖。當(dāng)IGBT正常關(guān)斷時(shí)，如圖7所示，反饋信號(hào)會(huì)在選通信號(hào)的下降沿出現(xiàn)后的一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)一段時(shí)間的對(duì)應(yīng)脈沖。一旦IGBT發(fā)生關(guān)斷過壓故障，則反饋信號(hào)中對(duì)應(yīng)選通信號(hào)下降沿的脈沖會(huì)推遲出現(xiàn)，并且該脈沖的持續(xù)時(shí)間將會(huì)延長(zhǎng)。
[0023]在一些實(shí)施例中，經(jīng)過程序編制，所述失效模式檢測(cè)單元104可將其對(duì)應(yīng)的IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序(實(shí)際的時(shí)間順序)與一個(gè)在正常模式下工作的IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間順序(參考的時(shí)間順序)進(jìn)行比較，從而判斷相應(yīng)的IGBT是否發(fā)生故障。此外，基于所述實(shí)際的時(shí)間順序，還可以確定發(fā)生的故障屬于哪種類型。
[0024]如圖2-8所示，在一些具體的實(shí)施例中，所述失效模式檢測(cè)單元104經(jīng)過程序編制，可將:
[0025](a)選通信號(hào)的上升沿和緊隨其后的第一反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔與最大的開通確認(rèn)等待時(shí)間(maximum turn-on ack-wait time) T1相比；
[0026](b)所述第一反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t2,與最大的開通確認(rèn)時(shí)間(maximumturn-on acktime) T2 相 I:匕；
[0027](C)所述第一反饋信號(hào)脈沖的下降沿和緊隨其后的第二反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t3，分別與短路消隱時(shí)間(short-circuit blanking time)1^和過壓消隱時(shí)間(over-voltage blanking time) T3_2 才目I:匕；
[0028](d)所述第二反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t4，與最大過壓時(shí)間T4相比；
[0029](e)選通信號(hào)的下降沿和緊隨其后的第三反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔與最大的關(guān)斷確認(rèn)等待時(shí)間(maximum turn-off ack-wait time) T5相比；以及
[0030](f)所述第三反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t6,與最大的關(guān)斷確認(rèn)時(shí)間(maximumturn-off acktime) T6 才目I:匕，
[0031]從而確定相應(yīng)的IGBT是否發(fā)生故障，并區(qū)分故障類型，包括柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。
[0032]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述最大的開通確認(rèn)等待時(shí)間T1約為160納秒，所述與最大的開通確認(rèn)時(shí)間T2約為800納秒，所述短路消隱時(shí)間IV1約為6微秒(6000納秒)，所述過壓消隱時(shí)間T3_2約為500納秒，所述最大過壓時(shí)間T4約為800納秒，所述最大的關(guān)斷確認(rèn)等待時(shí)間T5約為550納秒，所述最大的關(guān)斷確認(rèn)時(shí)間T6約為I微秒(1000納秒)。
[0033]在一些實(shí)施例中，所述失效模式檢測(cè)單元104經(jīng)過程序編制，可進(jìn)行以下判斷:
[0034]若LXT1，則判斷發(fā)生了柵極驅(qū)動(dòng)故障；
[0035]若&彡T1或t2>T2，則判斷IGBT發(fā)生了開通失敗的故障；
[0036]若&彡T1, t2彡T2且T3_2彡t3彡Th，則判斷IGBT發(fā)生了短路故障；
[0037]若&彡T1, t2彡T2, t3 ( T3_2 U T4,則判斷IGBT發(fā)生了開通過壓故障；
[0038]若t5>T5且t6>T6，則判斷IGBT發(fā)生了關(guān)斷過壓故障。
[0039]一旦一個(gè)或多個(gè)IGBT通過其對(duì)應(yīng)的失效模式檢測(cè)單元檢測(cè)單元到發(fā)生了前述故障，將發(fā)回一個(gè)報(bào)錯(cuò)信號(hào)到系統(tǒng)控制器106，報(bào)告故障位置和故障類型。所述系統(tǒng)控制器106可根據(jù)所報(bào)告的故障類型發(fā)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的故障清除信號(hào)(FC1，F(xiàn)C2,…，或FCn)來處理該故障。所述故障清除信號(hào)可以是一個(gè)可關(guān)斷所述發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)IGBT的選通信號(hào)的指令，或是一個(gè)將發(fā)生故障的IGBT與其柵極驅(qū)動(dòng)器斷開從而使其與組件的其他部分隔離的指令，或者甚至是一個(gè)忽略所述故障的指令。所述系統(tǒng)控制器106可根據(jù)不同的故障類型作出不同的反應(yīng)，從而發(fā)出不應(yīng)不同故障類型的故障清除信號(hào)。
[0040]在一些實(shí)施例中，通過串聯(lián)M個(gè)(M為自然數(shù)且I彡M彡N)余量IGBT到所述串聯(lián)了 N個(gè)IGBT的組件中，通過上述失效模式檢測(cè)單元檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)具有N+M余量的運(yùn)行方式，來增加組件的實(shí)用性。比如，在一個(gè)實(shí)施例中，可在包括N個(gè)串聯(lián)的IGBT的組件中多串聯(lián)一個(gè)IGBT，使其實(shí)際具有N+1個(gè)串聯(lián)的IGBT，一旦組件中的某一個(gè)IGBT發(fā)生了故障，可僅將發(fā)生故障的那個(gè)IGBT忽略或?qū)⑵渥韪?，而不將整個(gè)IGBT串的選通信號(hào)關(guān)斷，只有當(dāng)有第二個(gè)IGBT也發(fā)生了故障時(shí)，才將選通信號(hào)關(guān)斷，這樣就從而實(shí)現(xiàn)了 N+1余量的運(yùn)行模式。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，可通過打開發(fā)生了故障的IGBT和其柵極驅(qū)動(dòng)器之間的開關(guān)，使其與組件的其余部分隔離，來實(shí)現(xiàn)將發(fā)生了故障的IGBT阻隔的目的。因此，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)組件中第一個(gè)IGBT發(fā)生了故障時(shí)，系統(tǒng)控制器106發(fā)出一個(gè)故障清除信號(hào)來使所述發(fā)生了故障的IGBT斷開與其柵極驅(qū)動(dòng)器的連接，從而與隔離組件的其余部分隔離開來，當(dāng)組件中有第二個(gè)IGBT發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)控制器106發(fā)出一個(gè)故障清除信號(hào)來關(guān)斷所述發(fā)送到所有IGBT的選通信號(hào)。
[0041]本發(fā)明的另一方面還提供了一種相應(yīng)的IGBT失效模式檢測(cè)方法。在該方法中，對(duì)于包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT的組件，可發(fā)送選通信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)IGBT，并提供每一個(gè)IGBT的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)顯示了其集電極-發(fā)射極電壓對(duì)應(yīng)所述選通信號(hào)的變化。通過前文描述的方法，通過IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序與參考的時(shí)間順序的比較，可判斷該IGBT是否發(fā)生故障，若發(fā)生了故障，該故障為哪種類型。
[0042]在一個(gè)具體的實(shí)施例中，如圖9所示，在一個(gè)IGBT失效模式檢測(cè)方法200中，在步驟201中，向多個(gè)串聯(lián)的IGBT提供選通信號(hào)，開始進(jìn)行選通；在步驟202中，針對(duì)每一個(gè)IGBT判斷其是否發(fā)生柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障或關(guān)斷過壓故障；在步驟203中，判斷是否有兩個(gè)或更多的IGBT發(fā)生故障；若有兩個(gè)或更多的IGBT發(fā)生故障，則在步驟204中將所述選通信號(hào)關(guān)斷。雖然圖9中顯示的是余量M=I的例子，但M可以是I或任何其他更大的數(shù)量，取決于需要多少的余量。在余量的大于I的情況下，是隔離還是關(guān)斷取決于是否有多于余量的IGBT發(fā)生了故障。
[0043]所述失效模式檢測(cè)單元或方法給多級(jí)串聯(lián)的IGBT提供了一種自診功能，來確定故障的位置和故障的類型，可以正確地辨認(rèn)柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障或關(guān)斷過壓故障。此外，使用所述失效模式檢測(cè)單元或方法的組件還可以實(shí)現(xiàn)N+M余量的運(yùn)行模式。因此，本發(fā)明所描述的失效模式檢測(cè)單元或方法不僅可以降低硬件功率測(cè)試周期，還可以大大地減小硬件維護(hù)的成本。
[0044]雖然結(jié)合特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種組件，其包括: 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT),連接有柵極驅(qū)動(dòng)器，該柵極驅(qū)動(dòng)器用來接收用來驅(qū)動(dòng)所述IGBT的選通信號(hào)，并提供所述IGBT的反饋信號(hào)，其中所述反饋信號(hào)反應(yīng)了 IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的變化； 失效模式檢測(cè)單元，用來基于所述選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序來判斷所述IGBT是否發(fā)生故障，并區(qū)分包括這些類型的故障:柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障
2.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括系統(tǒng)控制器，其經(jīng)過程序編制，在所述IGBT發(fā)生故障時(shí)關(guān)斷所述選通信號(hào)或隔離所述IGBT。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述IGBT包括一個(gè)連接有第一柵極驅(qū)動(dòng)器的第一IGBT，所述失效模式檢測(cè)單元包括第一失效模式檢測(cè)單元，且該組件進(jìn)一步包括:至少一個(gè)另外的連接有第二柵極驅(qū)動(dòng)器的第二 IGBT和至少一個(gè)第二失效模式檢測(cè)單元，其中所述第一 IGBT和所述另外的IGBT是串聯(lián)的。
4.如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述第一IGBT和另外的IGBT中包括一定數(shù)量的余量IGBT，在每一 IGBT及其柵極驅(qū)動(dòng)器之間有開關(guān)，該組件進(jìn)一步包括系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器經(jīng)過程序編制，可在發(fā)生故障的IGBT的數(shù)量小于或等于所述余量IGBT的數(shù)量時(shí)，發(fā)出隔離信號(hào)，以讓發(fā)生故障的IGBT與其柵極驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)斷開。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其中所述系統(tǒng)控制器過程序編制，還可在發(fā)生故障的IGBT的數(shù)量大于所述余量IGBT的數(shù)量時(shí)，關(guān)斷所述選通信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1-5所述的組件，其中所述失效模式檢測(cè)單元經(jīng)過程序編制，可將: Ca)選通信號(hào)的上升沿和緊隨其后的第一反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t1;與最大的開通確認(rèn)等待時(shí)間T1相比； (b)所述第一反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t2，與最大的開通確認(rèn)時(shí)間T2相比； (c)所述第一反饋信號(hào)脈沖的下降沿和緊隨其后的第二反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t3，分別與短路消隱時(shí)間IV1和過壓消隱時(shí)間T3_2相比； Cd)所述第二反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t4，與最大過壓時(shí)間T4相比； Ce)選通信號(hào)的下降沿和緊隨其后的第三反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t5，與最大的關(guān)斷確認(rèn)等待時(shí)間T5相比；以及 Cf)所述第三反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t6，與最大的關(guān)斷確認(rèn)時(shí)間T6相比， 并進(jìn)行以下判斷: 若LXT1，則判斷發(fā)生了柵極驅(qū)動(dòng)故障； 若彡T1或t2>T2，則判斷IGBT發(fā)生了開通失敗的故障； 若h彡T1, t2彡T2且T3_2彡t3彡IV1，則判斷IGBT發(fā)生了短路故障； 若L彡T1, t2 ( T2，t3 ( T3_2且t4彡T4，則判斷IGBT發(fā)生了開通過壓故障；以及 若t5>T5且t6>T6，則判斷IGBT發(fā)生了關(guān)斷過壓故障。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述WIVpm和T6分別約為160納秒、800納秒、6微秒、500納秒、800納秒、550納秒和I微秒。
8.—種絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的失效模式檢測(cè)方法，其包括: 獲得用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT的選通信號(hào)； 獲得每一個(gè)IGBT的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)反應(yīng)了相應(yīng)IGBT的集電極-發(fā)射極電壓的變化；以及 將每一 IGBT的選通信號(hào)和反饋信號(hào)的時(shí)間順序與一個(gè)參考時(shí)間順序相比，來判斷該IGBT是否發(fā)生了故障，并區(qū)分包括這些類型的故障:柵極驅(qū)動(dòng)器故障、開通失敗的故障、短路故障、開通過壓故障和關(guān)斷過壓故障。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，若所述一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的IGBT中包括一定數(shù)量的余量IGBT，該方法進(jìn)一步包括:在發(fā)生故障的IGBT的數(shù)量小于或等于所述余量IGBT的數(shù)量時(shí)，發(fā)出隔離信號(hào)，以讓發(fā)生故障的IGBT與其柵極驅(qū)動(dòng)器斷開連接。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括:在發(fā)生故障的IGBT的數(shù)量大于所述余量IGBT的數(shù)量時(shí)，關(guān)斷所述選通信號(hào)。
11.如權(quán)利要求8-10所述的方法，其中所述判斷IGBT是否發(fā)生了故障并區(qū)分故障類型的步驟包括: 將: Ca)選通信號(hào)的上升沿和緊隨其后的第一反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t1;與最大的開通確認(rèn)等待時(shí)間T1相比； (b)所述第一反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t2，與最大的開通確認(rèn)時(shí)間T2相比； (c)所述第一反饋信號(hào)脈沖的下降沿和緊隨其后的第二反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t3，分別與短路消隱時(shí)間IV1和過壓消隱時(shí)間T3_2相比； Cd)所述第二反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t4，與最大過壓時(shí)間T4相比； Ce)選通信號(hào)的下降沿和緊隨其后的第三反饋信號(hào)脈沖的上升沿之間的時(shí)間間隔t5，與最大的關(guān)斷確認(rèn)等待時(shí)間T5相比；以及 Cf)所述第三反饋信號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間t6，與最大的關(guān)斷確認(rèn)時(shí)間T6相比， 并進(jìn)行以下判斷: 若LXT1，則判斷發(fā)生了柵極驅(qū)動(dòng)故障； 若彡T1或t2>T2，則判斷IGBT發(fā)生了開通失敗的故障； 若h彡T1, t2彡T2且T3_2彡t3彡IV1，則判斷IGBT發(fā)生了短路故障； ^t1 ^ T1, t2 ( T2, t3 ( T3_2且t4彡T4，則判斷IGBT發(fā)生了開通過壓故障；以及 若t5>T5且t6>T6，則判斷IGBT發(fā)生了關(guān)斷過壓故障。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述!\、T2,Th、T3_2、T4、T5和T6分別約為160納秒、800納秒、6微秒、500納秒、800納秒、550納秒和I微秒。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK104237761SQ201310232724
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】吳濤 申請(qǐng)人:通用電氣公司