檢測(cè)的igbt短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于VCE檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法，包含比較單元、反相單元、觸發(fā)單元、或單元、下拉單元和最長(zhǎng)延時(shí)單元。本發(fā)明中，當(dāng)IGBT剛開通時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片檢測(cè)VCE的引腳DESAT被屏蔽，即短路保護(hù)功能此時(shí)無效，此后當(dāng)IGBT管壓VCE低于比較單元預(yù)設(shè)閾值時(shí)，此時(shí)DESAT引腳屏蔽將取消，開始檢測(cè)IGBT的C-E端電壓，從而判斷IGBT是否發(fā)生短路故障。本發(fā)明能夠自動(dòng)判斷驅(qū)動(dòng)芯片何時(shí)開始檢測(cè)管壓VCE，即自動(dòng)判斷何時(shí)開始短路故障檢測(cè)，避免因不同類型IGBT模塊及不同工況下存在的差異性所帶來的影響。
【專利說明】—種基于VeE檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化方法，尤其涉及一種基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT作為一種新型的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，在大功率領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。IGBT及其驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行，因此IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)尤為重要。在IGBT的諸多保護(hù)類型中，短路保護(hù)尤其是橋臂短路是尤為嚴(yán)重的情況，在該種情況下，故障的IGBT需要能夠被快速有效關(guān)斷，否則會(huì)損壞IGBT模塊，進(jìn)而可能會(huì)危害整個(gè)功率系統(tǒng)?，F(xiàn)有的主流短路保護(hù)方法按檢測(cè)方式分類主要有檢測(cè)IGBT的C-E電壓、集電極電流和集電極電流變化率等。采用檢測(cè)集電極電壓VeE的短路保護(hù)方法的工作原理為當(dāng)發(fā)生短路故障尤其是橋臂短路故障時(shí)，IGBT集電極電流迅速上升，由IGBT輸出特性可知，IGBT由飽和區(qū)退出進(jìn)入有源區(qū)，Vce迅速上升至母線電壓，因此可以在IGBT導(dǎo)通的狀態(tài)下，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)Vra的大小來判斷IGBT是否發(fā)生短路故障。由于檢測(cè)IGBT管壓Vra方法的便捷性，現(xiàn)在大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)保護(hù)芯片均集成了該種短路保護(hù)的方法，但這種方法在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有兩點(diǎn)不足，一是屏蔽時(shí)間長(zhǎng)短的精確設(shè)置問題；二是加入的屏蔽電路所造成的短路保護(hù)延時(shí)問題。
[0003]具體來說，由于大多數(shù)驅(qū)動(dòng)集成芯片是在IGBT開通狀態(tài)下放開Vra檢測(cè)引腳DESAT，而在關(guān)斷狀態(tài)下拉低該引腳，因此在IGBT開通瞬間，該檢測(cè)引腳便開始工作；同時(shí)，由于IGBT門極在開通時(shí)短路保護(hù)檢測(cè)引腳開始工作，但此時(shí)Vra依然很高，需要經(jīng)過一段時(shí)間才會(huì)到達(dá)通態(tài)壓降，因此需要將這一段時(shí)間進(jìn)行屏蔽以保證工作的可靠性，否則在IGBT開通時(shí)，保護(hù)電路會(huì)立即觸發(fā)，產(chǎn)生誤信號(hào)。現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)集成芯片不能夠自動(dòng)判斷在IGBT開通后何時(shí)開始檢測(cè)集電極電壓Vra，即不能自動(dòng)判斷何時(shí)開始檢測(cè)短路故障，因此需要設(shè)置該段時(shí)間，其長(zhǎng)短需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以選取合適的屏蔽時(shí)間，或者選擇比較長(zhǎng)的屏蔽時(shí)間。通常會(huì)設(shè)計(jì)Rbltjddng與Cbltjddng組成的RC屏蔽電路進(jìn)行屏蔽，這樣在IGBT開通并經(jīng)過一段特定的屏蔽時(shí)間后，Vra才會(huì)被實(shí)時(shí)檢測(cè)以判斷電路工作狀態(tài)。考慮到不同模塊及不同工況所需要屏蔽時(shí)間不同，因此一般會(huì)將該段屏蔽時(shí)間設(shè)置較長(zhǎng)。同時(shí)，也需注意避免該屏蔽時(shí)間過長(zhǎng)，以免在發(fā)生短路保護(hù)時(shí)，屏蔽電路所造成的延時(shí)過長(zhǎng)，不能夠快速關(guān)斷IGBT，增大IGBT發(fā)生損壞的概率。
[0004]有鑒于此，如何對(duì)現(xiàn)有的基于Vra檢測(cè)的短路保護(hù)方法進(jìn)行優(yōu)化，使得現(xiàn)有的集成驅(qū)動(dòng)芯片能夠在IGBT開通過程中自動(dòng)判斷驅(qū)動(dòng)芯片的短路保護(hù)檢測(cè)引腳何時(shí)開始檢測(cè)IGBT的管壓Vra，即何時(shí)開始進(jìn)行短路故障檢測(cè)，且能夠適應(yīng)不同的IGBT模塊及不同工況，同時(shí)能夠減小因屏蔽電路所造成的延時(shí)時(shí)間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有的IGBT集成驅(qū)動(dòng)芯片在應(yīng)用中存在的如上所述的在短路保護(hù)方面的不足，提出了一種基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法。
[0006]本發(fā)明解決上述不足所采取的技術(shù)方法是:
基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元包含比較單元、反相單元、觸發(fā)單元、或單元、下拉單元和最長(zhǎng)延時(shí)單元:
比較單元，其第一輸入端連接于功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極C端，用于檢測(cè)功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極端電壓信號(hào)Vra，其第二輸入端接一預(yù)設(shè)電壓閾值Vkef，其輸出端連接至觸發(fā)單元的第一輸入端；
反相單元，其輸入端連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vtm，對(duì)其進(jìn)行反相處理，將反相信號(hào)通過輸出端輸出至觸發(fā)單元的第二輸入端；
觸發(fā)單元，其第一輸入端連接至所述比較單元的輸出端，第二輸入端連接至所述反相單元的輸出端，輸出端連接至或單元的輸入端；
或單元，其第一輸入端連接至觸發(fā)單元的輸出端，第二輸入端連接至最長(zhǎng)延時(shí)單元的輸出端，輸出端連接至下拉單元的輸入端；
下拉單元，其輸入端連接至所述或單元的輸出端，輸出端連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的短路保護(hù)檢測(cè)引腳DESAT ；
最長(zhǎng)延時(shí)單元，輸入端連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)VTOT，輸出端連接至所述或單元的輸入端。
[0007]當(dāng)IGBT處于正常導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述比較單元輸出端為高；當(dāng)IGBT處于關(guān)斷或短路故障狀態(tài)時(shí)，所述比較單元輸出端為低。
[0008]所述反相單元對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vtot進(jìn)行反相處理；當(dāng)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vot為高時(shí)，反相單元的輸出端為低；當(dāng)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Votjt為低時(shí),反相單兀的輸出端為高。
[0009]當(dāng)所述觸發(fā)單元的第一輸入端、第二輸入端均為高時(shí)，其輸出端為高；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?、第二輸入端均為低時(shí)，輸出端與之前狀態(tài)一致，不變化；當(dāng)?shù)谝惠斎攵藶楦撸诙斎攵藶榈蜁r(shí)，輸出端為低；當(dāng)?shù)谝惠斎攵藶榈?，第二輸入端為高時(shí)，輸出端為高。
[0010]當(dāng)所述或單元的第一輸入端、第二輸入端中任一端為低時(shí)，其輸出端為低；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?、第二輸入端均為高時(shí),其輸出端為高。
[0011]當(dāng)所述下拉單元的輸入端為高時(shí)，其輸出端為低，即IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的DESAT引腳將被下拉至地，不對(duì)Vra進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)所述下拉單元的輸入端為低時(shí)，其輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，此時(shí)將被IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否發(fā)生短路故障。
[0012]所述最長(zhǎng)延時(shí)單元的延時(shí)時(shí)間為一固定延時(shí)時(shí)間，應(yīng)用于IGBT在開通過程中發(fā)生短路故障的情況；當(dāng)IGBT在開通過程中發(fā)生短路故障，所述的比較單元、反相單元、觸發(fā)單元、或單元、下拉單元并不會(huì)將所述IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的短路故障檢測(cè)引腳DESAT放開檢測(cè)VCE，因此在此種情況下，最長(zhǎng)延時(shí)單元在IGBT開通經(jīng)過一段延時(shí)后其輸出端由高變低，最終將所述短路故障檢測(cè)引腳DESAT放開對(duì)Vra進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否發(fā)生短路故障。
[0013]所述單元的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化方法是:
IGBT開始導(dǎo)通后，管壓Vra開始不發(fā)生變化，遠(yuǎn)高于比較單元中預(yù)設(shè)閾值乂-，比較單元的輸出端為低，由于此時(shí)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vot由低變高，反相單元的輸出端由高變低，觸發(fā)單元的輸出端不發(fā)生變化，為高，因此下拉單元的輸入端為高，不變化，其輸出端將IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元的DESAT檢測(cè)引腳下拉至地；
當(dāng)IGBT進(jìn)入開通過程中的米勒平臺(tái)后，Vra開始下降，直至IGBT管壓Vra低于比較單元中的預(yù)設(shè)閾值Vkef，此時(shí)比較單元的輸出端由低變高，而反相單元的輸出端為低不變，因此觸發(fā)單元的輸出端由高變低，下拉單元的輸入端由高變低，輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)將DESAT檢測(cè)引腳放開實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT的管壓以判斷是否發(fā)生短路故障，在此后的通態(tài)狀態(tài)下所述的自適應(yīng)優(yōu)化單元在這個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不再起作用，不對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片單元的工作造成干擾。
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明結(jié)合傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)保護(hù)集成芯片設(shè)計(jì)了基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元及方法，使得在IGBT開通時(shí)，短路電路能夠自動(dòng)判斷屏蔽時(shí)間的長(zhǎng)短，即能夠自動(dòng)判斷開通后IGBT管壓Vra何時(shí)到達(dá)通態(tài)壓降，自動(dòng)判斷何時(shí)開始檢測(cè)短路故障，同時(shí)由于優(yōu)化了傳統(tǒng)的屏蔽電路，短路故障發(fā)生后至IGBT本身及系統(tǒng)關(guān)斷之間的延時(shí)更小，使得功率系統(tǒng)運(yùn)行更為可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化方法的電路框圖；
圖2為基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化方法的一種實(shí)際電路圖；
圖3為IGBT正常開通過程中的各波形圖；
圖4為IGBT短路保護(hù)檢測(cè)引腳傳統(tǒng)屏蔽電路；
圖5為本發(fā)明中觸發(fā)單元的RS觸發(fā)器的真值表；
圖6為本發(fā)明中觸發(fā)單元的RS觸發(fā)器的輸入輸出波形；
圖7為IGBT在開通過程中發(fā)生短路故障的各波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017]圖1示出本發(fā)明的電路框圖，圖2示出本發(fā)明所采用的一種具體電路圖。參考圖1、圖2,本發(fā)明所提出的方法包括比較單元1、反相單元2、觸發(fā)單元3、或單元4、下拉單元5和最長(zhǎng)延時(shí)單元6。各個(gè)單元之間電性連接。
[0018]比較單元I，其第一輸入端1-1連接于功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極C端，其第二輸入端1-2連接一預(yù)設(shè)電壓閾值Vkef，將所述功率半導(dǎo)體開關(guān)集電極端信號(hào)Vra與預(yù)設(shè)閾值Vkef進(jìn)行比較，其比較結(jié)果連接至比較單元I輸出端1-3，同時(shí)該輸出端1-3連接至觸發(fā)單元3的第一輸入端3-1 ;所述比較單元I包括電阻R11、R12，二極管D11，比較器ICll ；R11的一端和R12的一端接于電源VDD, Rl I的另一端和Dll的正端接于比較器的負(fù)輸入端,Dl I的負(fù)端接于功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極C端，R12的另一端和ICll的輸出端比較單元I的輸出端1-3，ICll的正輸入端接一預(yù)設(shè)閾值Vkefi ；
反相單元2，其輸入端2-1連接至驅(qū)動(dòng)芯片單元101的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vtot，對(duì)其進(jìn)行反相處理，將反相信號(hào)連接至反相單元2的輸出端2-2，并輸出至觸發(fā)單元3的第二輸入端3-2 ;所述反相單元2包括電阻R21、R22，三極管Q21 ；R21的一端接于電源VDD, R21的另一端接于Q21及反相單元2的輸出端2_2 ；R22的一端接于Q21，另一端接于反相單元2的輸入端2-1 ；Q21的一端c接于R21及輸出端2-2，一端b接于R22，一端e接于地；
觸發(fā)單元3，其第一輸入端3-1連接至所述比較單元I的輸出端1-2，第二輸入端3-2連接至所述反相單元2的輸出端2-2，輸出端3-3連接至或單元4的第一輸入端4-1 ;所述觸發(fā)單兀3即為一 RS觸發(fā)器,R端接于第一輸入端3-1, S端接于第二輸入端3-2,輸出Q端接于輸出端3-3 ；
或單元4，其第一輸入端4-1連接至觸發(fā)單元3的輸出端3-3，第二輸入端4-2連接至最長(zhǎng)延時(shí)單元6的輸出端6-2，輸出端4-3連接至下拉單元5的輸入端5-1 ;所述或單元4包括電阻R41，二極管D41、D42 ；D41的負(fù)端接于觸發(fā)單元3，D42的負(fù)端接于最長(zhǎng)延時(shí)單元6，D4UD42的正端以及R41的一端接于或單元4的輸出端4_3，R41的另一端接于電源VDD ；下拉單元5，其輸入端5-1連接至所述或單元4的輸出端4-3，輸出端5-2連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元101的短路保護(hù)檢測(cè)引腳DESAT ;所述下拉單元5包括電阻R51，MOS管Q51 ；R51的一端接至輸入端5-1，R51的另一端接Q51的第一端G，Q51的第二端S接地，Q51的第三端D接輸出端5-2 ；
最長(zhǎng)延時(shí)單元6，輸入端6-1連接至驅(qū)動(dòng)芯片單元101的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vout,輸出端6-2連接至所述或單元4的第二輸入端4-2 ;所述最長(zhǎng)延時(shí)單元6包括電阻R61、R62，電容C61，比較器IC61 ；R61的一端接于電源VDD，R61的另一端和IC61的輸出端接于輸出端6-2，R62的一端和C61的一端接于IC61的負(fù)輸入端，R62的另一端連接至輸入端6_1，C61的另一端接地，IC61的正輸入端接一預(yù)設(shè)參考電壓VKEF2。
[0019]本發(fā)明的工作原理過程如下:
參照?qǐng)D3，對(duì)IGBT的開通過程先行進(jìn)行說明。如圖3為IGBT開通時(shí)的波形，I1時(shí)刻IGBT開通，門極電壓VeE開始上升，此時(shí)IGBT管壓Vce并未開始下降，直到IGBT進(jìn)入米勒平臺(tái)即t2時(shí)刻，Vce開始下降，至t3時(shí)刻，管壓Vce降至通態(tài)壓降，而后IGBT進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài)。
[0020]如圖1、圖2所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于檢測(cè)Vra的短路保護(hù)方法正是通過檢測(cè)IGBT在開通后管壓Nce何時(shí)到達(dá)通態(tài)壓降，并同時(shí)讓驅(qū)動(dòng)保護(hù)集成芯片開始實(shí)時(shí)檢測(cè)Vce來判斷IGBT是否發(fā)生短路故障。
[0021]tl時(shí)刻，IGBT開始導(dǎo)通，門極電壓開始上升，但在h時(shí)刻前后，管壓Vce不發(fā)生變化，為高，且遠(yuǎn)高于比較單元I中電源VDD，因此二極管Dl I處于阻斷狀態(tài)，比較器ICl I負(fù)輸入端為電源VDD，高于負(fù)輸入端的預(yù)設(shè)閾值VKEF1，比較單元I的輸出端1-2依舊為低。同時(shí)由于此時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片單元101輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vtot由低變高，因而反相單元2的輸出端2-2由高變低。圖5為觸發(fā)單元中RS觸發(fā)器的真值表，由此可以推斷出觸發(fā)單元3的輸出端3-3不發(fā)生變化，為高。因此h時(shí)刻前后下拉單元5的輸入端5-1為高，不變化，即MOS管Q51保持導(dǎo)通狀態(tài)，將驅(qū)動(dòng)芯片單元101的DESAT檢測(cè)引腳下拉至地，即使此時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部已經(jīng)將該引腳放開。
[0022]t2時(shí)刻，IGBT進(jìn)入開通過程中的米勒平臺(tái)，此時(shí)Vce開始下降。直到t3時(shí)刻，IGBT的管壓Vce低于比較單元I中的預(yù)設(shè)門檻值乂,.，此時(shí)比較單元I的輸出端1-2由低變高，而此時(shí)反相單元2的輸出端2-2為低不變，因此根據(jù)該RS觸發(fā)器的真值表即圖5，此時(shí)觸發(fā)單元3的輸出端3-3由高變低，因此下拉單元5的輸入端5-1由高變低，下拉單元5中的MOS管Q51關(guān)斷，將DESAT檢測(cè)引腳放開實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT的管壓以判斷是否發(fā)生短路故障，由該RS觸發(fā)器的真值表可以發(fā)現(xiàn)，此后本設(shè)計(jì)方法所涉及到的幾個(gè)單元在這個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不再起作用，不對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片單元的工作造成干擾。圖6即為正常開關(guān)過程中驅(qū)動(dòng)信號(hào)和RS觸發(fā)器的輸入輸出信號(hào)。其中灰色部分即tl至t3時(shí)刻為本優(yōu)化方法自動(dòng)判斷的屏蔽時(shí)間長(zhǎng)短，也即是IGBT開通后IGBT管壓Vce到達(dá)通態(tài)壓降的時(shí)間。
[0023]這里還需要著重說明的是最長(zhǎng)延時(shí)單元6的作用，這是產(chǎn)生最長(zhǎng)屏蔽時(shí)間的一個(gè)單元，應(yīng)用于IGBT在開通時(shí)發(fā)生短路故障的情況。通過前面的邏輯分析，可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化方法中根據(jù)檢測(cè)IGBT管壓來自動(dòng)判斷檢測(cè)引腳DESAT何時(shí)開始檢測(cè)是基于這樣一個(gè)前提，即IGBT管壓須先降至預(yù)設(shè)門檻值，一般設(shè)置為7V或9V，再觸發(fā)上述電路。然后在實(shí)際工作中，依然存在這樣的情況，即在IGBT開通時(shí)段便發(fā)生了橋臂短路故障，如圖7為該種情況下IGBT的開通波形，此時(shí)IGBT的管壓并不會(huì)降低至預(yù)設(shè)門檻值之下，因此并不會(huì)觸發(fā)前述各單元。鑒于此，本處設(shè)置了產(chǎn)生最長(zhǎng)屏蔽時(shí)間的電路，即當(dāng)IGBT在開通時(shí)發(fā)生短路故障，在經(jīng)過這個(gè)最長(zhǎng)屏蔽時(shí)間之后，驅(qū)動(dòng)芯片的檢測(cè)引腳DESAT亦開始實(shí)時(shí)檢測(cè)Vra，進(jìn)而監(jiān)測(cè)IGBT的工作狀態(tài)。在開通時(shí)發(fā)生短路故障，由前述分析可知，觸發(fā)單元3輸出將一直為高，此時(shí)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)芯片單元檢測(cè)引腳DESAT —直被MOS管Q51拉低，此時(shí)經(jīng)過最長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間后，單元6的輸出由高變低，將Q51關(guān)斷即放開檢測(cè)引腳DESAT，此時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片單元將關(guān)斷該IGBT模塊及整個(gè)系統(tǒng)。另外，此處的最長(zhǎng)屏蔽時(shí)間長(zhǎng)短可直接參考傳統(tǒng)方法中所采用的固定屏蔽時(shí)間。
[0024]需要注意的是，相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)Vra的短路保護(hù)方法，由于本優(yōu)化方法中驅(qū)動(dòng)芯片單元的檢測(cè)引腳DESAT處RC屏蔽網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)的減少，此處僅僅使用了濾波電容ClOl濾除高頻干擾，因此在檢測(cè)引腳開始工作后，若發(fā)生短路故障，檢測(cè)引腳能夠迅速的檢測(cè)到而不會(huì)存在過大的延時(shí)。
[0025]上述【具體實(shí)施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于包含比較單元(I)、反相單元(2)、觸發(fā)單元(3)、或單元(4)、下拉單元(5)和最長(zhǎng)延時(shí)單元(6): 比較單元(I)，其第一輸入端(1-1)連接于功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極C端，用于檢測(cè)功率半導(dǎo)體開關(guān)IGBT的集電極端電壓信號(hào)Vra，其第二輸入端(1-2)接一預(yù)設(shè)電壓閾值Vkef，其輸出端(1-3)連接至觸發(fā)單元(3)的第一輸入端(3-1)； 反相單元(2)，其輸入端(2-1)連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vott，對(duì)其進(jìn)行反相處理，將反相信號(hào)通過輸出端(2-2)輸出至觸發(fā)單元(3)的第二輸入端(3-2)； 觸發(fā)單元(3)，其第一輸入端(3-1)連接至所述比較單元(I)的輸出端(1-2)，第二輸入端(3-2)連接至所述反相單元(2)的輸出端(2-2)，輸出端(3-3)連接至或單元⑷的第一輸入端(4-1)； 或單元(4)，其第一輸入端(4-1)連接至觸發(fā)單元(3)的輸出端(3-3)，第二輸入端(4-2)連接至最長(zhǎng)延時(shí)單元(6)的輸出端(6-2)，輸出端(4-3)連接至下拉單元(5)的輸入端(5-1)； 下拉單元(5 )，其輸入端(5-1)連接至所述或單元(4 )的輸出端(4-3 )，輸出端(5-2 )連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的短路保護(hù)檢測(cè)引腳DESAT ； 最長(zhǎng)延時(shí)單元(6)，輸入端(6-1)連接至IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的VOUT引腳輸出的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vott，輸出端(6-2 )連接至所述或單元(4 )的第二輸入端(4-2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，當(dāng)IGBT處于正常導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述比較單元(I)輸出端(1-3)為高；當(dāng)IGBT處于關(guān)斷或短路故障狀態(tài)時(shí)，所述比較單元(I)輸出端(1-3)為低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，所述反相單元(2)對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vott進(jìn)行反相處理；當(dāng)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vtm為高時(shí)，反相單元的輸出端(2-2)為低；當(dāng)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vot為低時(shí)，反相單元的輸出端(2-2)為高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，當(dāng)所述觸發(fā)單元(3)的第一輸入端(3-1)、第二輸入端(3-2)均為高時(shí)，其輸出端為高；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?3-1)、第二輸入端(3-2)均為低時(shí),輸出端與之前狀態(tài)一致,不變化；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?3-1)為高，第二輸入端(3-2)為低時(shí),輸出端(3-3)為低；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?3-1)為低，第二輸入端(3-2)為高時(shí)，輸出端(3-3)為高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，當(dāng)所述或單兀(4)的第一輸入端(4-1)、第二輸入端(4-2)中任一端為低時(shí),其輸出端(4-3)為低；當(dāng)?shù)谝惠斎攵?4-1)、第二輸入端(4-2)均為高時(shí)，其輸出端(4-3)為高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，當(dāng)所述下拉單元(5)的輸入端(5-1)為高時(shí)，其輸出端(5-2)為低，即IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的DESAT引腳將被下拉至地，不對(duì)Vra進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)所述下拉單元(5)的輸入端(5_1)為低時(shí)，其輸出端(5-2)呈現(xiàn)高阻態(tài)，此時(shí)Vce將被IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否發(fā)生短路故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化單元，其特征在于，所述最長(zhǎng)延時(shí)單元(6)的延時(shí)時(shí)間為一固定延時(shí)時(shí)間，應(yīng)用于IGBT在開通過程中發(fā)生短路故障的情況；當(dāng)IGBT在開通過程中發(fā)生短路故障，所述的比較單元(I)、反相單元(2)、觸發(fā)單元(3)、或單元(4)、下拉單元(5)并不會(huì)將所述IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的短路故障檢測(cè)引腳DESAT放開檢測(cè)VeE，因此在此種情況下，最長(zhǎng)延時(shí)單元(6)在IGBT開通經(jīng)過一段延時(shí)后其輸出端(6-2)由高變低，最終將所述短路故障檢測(cè)引腳DESAT放開對(duì)Vra進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否發(fā)生短路故障。
8.—種如權(quán)利要求1所述單元的基于Vra檢測(cè)的IGBT短路保護(hù)自適應(yīng)優(yōu)化方法，其特征在于: IGBT開始導(dǎo)通后，管壓\^開始不發(fā)生變化，遠(yuǎn)高于比較單元(I)中預(yù)設(shè)閾值VKEF，比較單元(I)的輸出端(1-3)為低，由于此時(shí)IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vqut由低變高，反相單元(2)的輸出端(2-2)由高變低，觸發(fā)單元(3)的輸出端(3-3)不發(fā)生變化，為高，因此下拉單元(5)的輸入端(5-1)為高，不變化，其輸出端(5-2)將IGBT驅(qū)動(dòng)芯片單元(101)的DESAT檢測(cè)引腳下拉至地； 當(dāng)IGBT進(jìn)入開通過程中的米勒平臺(tái)后，Vra開始下降，直至IGBT管壓Vra低于比較單元(I)中的預(yù)設(shè)閾值Vkef，此時(shí)比較單元⑴的輸出端(1-3)由低變高，而反相單元(2)的輸出端(2-2)為低不變，因此觸發(fā)單元(3)的輸出端(3-3)由高變低，下拉單元(5)的輸入端(5-1)由高變低，輸出端(5-2)呈現(xiàn)高阻態(tài)將DESAT檢測(cè)引腳放開實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT的管壓以判斷是否發(fā)生短路故障，在此后的通態(tài)狀態(tài)下所述的自適應(yīng)優(yōu)化單元在這個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不再起作用，不對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片單元的工作造成干擾，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)判斷合適開始啟動(dòng)短路故障檢測(cè)的功能。
【文檔編號(hào)】H02H3/08GK104300511SQ201410547163
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】陳敏, 張興耀, 朱楠, 徐德鴻, 何國(guó)鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)