一種igbt模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，特別是位于IGBT模塊驅(qū)動(dòng)板上的過(guò)流保護(hù)電路，包括電流檢測(cè)模塊，所述電流檢測(cè)模塊的輸出與過(guò)流比較模塊的輸入相連接；所述過(guò)流比較模塊輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存電模塊，所述數(shù)字濾波和鎖存模塊的輸出連接至軟關(guān)斷光耦；所述軟關(guān)斷光耦輸出連接至副邊軟關(guān)斷模塊。本發(fā)明的有益效果是：在各種異常工況，包括輸出短路故障時(shí)，IGBT模塊出現(xiàn)過(guò)流時(shí)能夠通過(guò)過(guò)流保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的關(guān)斷控制，降低IGBT關(guān)斷電壓尖峰，防止IGBT模塊失效，提高器件壽命和可靠性。
【專利說(shuō)明】一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)，尤其是位于IGBT模塊驅(qū)動(dòng)板上的過(guò)流保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率逆變器，包括風(fēng)電變流器、光伏逆變器等等都采用IGBT模塊作為關(guān)鍵器件，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常由于各種原因引起變流器發(fā)生輸出短路故障，通常會(huì)發(fā)生電網(wǎng)偵_電機(jī)側(cè)的對(duì)地短路和相間短路等，此類故障由于IGBT模塊瞬時(shí)電流較大，導(dǎo)致IGBT模塊關(guān)斷時(shí)尖峰電壓很高，超過(guò)IGBT模塊運(yùn)行安全區(qū)后容易導(dǎo)致?lián)p壞。
[0003]現(xiàn)有的解決上述問(wèn)題的措施有以下幾種:第一種、在IGBT模塊直流側(cè)兩端加吸收電容，吸收電容是可以明顯消除IGBT模塊直流端子外部雜散電感引起的電壓尖峰，缺點(diǎn)是吸收電容本身也存在一定電感，因此抑制效果有限。
[0004]第二種、在主控制板設(shè)定過(guò)流保護(hù)值，即在IGBT模塊電流達(dá)到設(shè)定值后封鎖PWM輸出，該方法屬于主動(dòng)控制IGBT模塊保護(hù)點(diǎn)，有些情況下能夠有效保護(hù)，但是對(duì)于短路輸出阻抗較小的情況，電流DI/DT較快，軟件啟動(dòng)保護(hù)的時(shí)間較長(zhǎng)，容易引起封鎖PWM輸出后導(dǎo)致IGBT電流超過(guò)過(guò)流點(diǎn)較大值，引起IGBT模塊關(guān)斷時(shí)刻電流較大，而此情況IGBT模塊電流未達(dá)到退飽和范圍(一般為IGBT模塊的4倍額定電流)，因IGBT模塊硬關(guān)斷導(dǎo)致IGBT模塊尖峰電壓超過(guò)安全區(qū)而損壞。
[0005]第三種、目前比較流行的有源箝位電路，即在IGBT關(guān)斷過(guò)程中如果Vce電壓超過(guò)設(shè)定值后，通過(guò)反饋電路使IGBT模塊的門(mén)極電壓有所升高，達(dá)到降低電流DI/DT的作用，該電路復(fù)雜，特別是VCE電壓設(shè)定值選擇不合適就會(huì)導(dǎo)致電路頻繁動(dòng)作，增加了 IGBT模塊的損耗和TVS管的損耗，容易引起器件過(guò)熱失效。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問(wèn)題，在IGBT模塊驅(qū)動(dòng)板上構(gòu)造一種過(guò)流保護(hù)電路，在IGBT模塊出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的關(guān)斷控制，降低IGBT關(guān)斷電壓尖峰，防止IGBT模塊失效，提高器件壽命和可靠性。
[0007]本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，所述的保護(hù)電路包括電流檢測(cè)模塊、過(guò)流比較模塊、數(shù)字濾波和鎖存模塊、軟關(guān)斷光耦、副邊軟關(guān)斷模塊；所述電流檢測(cè)模塊的輸出與過(guò)流比較模塊的輸入相連接；所述過(guò)流比較模塊輸出端連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊，所述數(shù)字濾波和鎖存模塊的輸出連接至軟關(guān)斷光耦；所述軟關(guān)斷光耦輸出端連接至副邊軟關(guān)斷模塊。
[0008]所述電流檢測(cè)模塊的作用是把電流互感器的電流信號(hào)通過(guò)高精度采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理電路成用于比較的電壓信號(hào)。
[0009]所述過(guò)流比較模塊的作用是把所述電流檢測(cè)電路的輸出信號(hào)與過(guò)流保護(hù)點(diǎn)的電壓設(shè)定值比較，通過(guò)運(yùn)放或比較器輸出數(shù)字邏輯信號(hào)。
[0010]所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊的作用是對(duì)過(guò)流比較模塊的輸出數(shù)字邏輯信號(hào)進(jìn)行濾波，用于濾除高頻干擾信號(hào)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存，用于輸出控制。
[0011]所述的軟關(guān)斷光耦的作用是將過(guò)流信號(hào)傳遞至副邊電路，起隔離作用。
[0012]所述的副邊軟關(guān)斷模塊的作用是接受原邊通過(guò)軟關(guān)斷光耦傳遞的信號(hào)，對(duì)副邊驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷進(jìn)行控制，達(dá)到控制IGBT模塊電流DI/DT速率的控制，實(shí)現(xiàn)降低關(guān)斷電壓尖峰。
[0013]所述的過(guò)流保護(hù)電路還包括，用于設(shè)定過(guò)流保護(hù)值的轉(zhuǎn)換模塊，用于PWM輸入濾波電路的模塊，用于為控制器提供振蕩源和看門(mén)狗的模塊，用于連接正常驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)光耦，還有副邊反饋輸出的反饋光耦，用于電源DC/DC輸入濾波的模塊，DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，以及DC/DC隔離變壓器，用于穩(wěn)定+15V/-15V輸出的電路整流穩(wěn)壓模塊，用于對(duì)副邊電壓電壓進(jìn)行監(jiān)控的欠壓保護(hù)模塊；還包括用于正常驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)模塊和用于Vce-sat檢測(cè)模塊。
[0014]所述過(guò)流比較模塊輸入端連接至輸出電流檢測(cè)模塊的輸出端和電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊的輸入端，電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊的輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊。
[0015]所述數(shù)字濾波和鎖存模塊的輸出分別連接至軟關(guān)斷光耦、驅(qū)動(dòng)光耦和反饋光耦。
[0016]所述PWM輸入濾波模塊和振蕩源和看門(mén)狗的模塊輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊。
[0017]所述軟關(guān)斷模塊連接至軟關(guān)斷光耦，所述Vce-sat檢測(cè)模塊和欠壓保護(hù)模塊的輸出連接至反饋光耦的輸入。
[0018]所述電源DC/DC輸入濾波電路11輸出連接至DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，所述DC/DC轉(zhuǎn)換電路連接至隔離變壓器，所述隔離變壓器連接至整流模塊，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出+15V/-15V電壓。
[0019]所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊可以是FPGA、CPLD邏輯芯片或DSP數(shù)字處理器。
[0020]所述的驅(qū)動(dòng)光耦和反饋光耦為寬體光耦。
[0021]所述的Vce-sat檢測(cè)模塊包括由運(yùn)放組成的比較電路和RC濾波電路。
[0022]所述的欠壓保護(hù)模塊包括有運(yùn)放組成的比較電路和鎖存電路。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)本系統(tǒng)檢測(cè)到IGBT模塊輸出電流超過(guò)設(shè)定值后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波和鎖存，通過(guò)軟關(guān)斷光耦實(shí)現(xiàn)副邊軟關(guān)斷功能，降低電流di/dt速率，從而降低IGBT模塊的關(guān)斷電壓尖峰，提高IGBT模塊的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明涉及的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)電路。
[0025]圖2是本發(fā)明涉及的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)電路典型實(shí)施例【具體實(shí)施方式】。
[0026]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0027]如圖1，一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，所述的保護(hù)電路包括電流檢測(cè)模塊、過(guò)流比較模塊、數(shù)字濾波和鎖存模塊、軟關(guān)斷光耦、副邊軟關(guān)斷模塊；所述電流檢測(cè)模塊的輸出與過(guò)流比較模塊的輸入相連接；所述過(guò)流比較模塊輸出端連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊，所述數(shù)字濾波和鎖存模塊的輸出連接至軟關(guān)斷光耦；所述軟關(guān)斷光耦輸出端連接至副邊軟關(guān)斷模塊；所述電流檢測(cè)模塊的作用是把電流互感器的電流信號(hào)通過(guò)高精度采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理電路成用于比較的電壓信號(hào)；所述過(guò)流比較模塊的作用是把所述電流檢測(cè)電路的輸出信號(hào)與過(guò)流保護(hù)點(diǎn)的電壓設(shè)定值比較，通過(guò)運(yùn)放或比較器輸出數(shù)字邏輯信號(hào)；所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊的作用是對(duì)過(guò)流比較模塊的輸出數(shù)字邏輯信號(hào)進(jìn)行濾波，用于濾除高頻干擾信號(hào)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存，用于輸出控制；所述的軟關(guān)斷光耦的作用是將過(guò)流信號(hào)傳遞至副邊電路，起隔離作用；所述的副邊軟關(guān)斷模塊的作用是接受原邊通過(guò)軟關(guān)斷光耦傳遞的信號(hào)，對(duì)副邊驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷進(jìn)行控制，達(dá)到控制IGBT模塊電流DI/DT速率的控制，實(shí)現(xiàn)降低關(guān)斷電壓尖峰。
[0028]所述的過(guò)流保護(hù)電路還包括用于設(shè)定過(guò)流保護(hù)值的轉(zhuǎn)換模塊6，用于PWM輸入濾波模塊，用于為控制器提供振蕩源和看門(mén)狗模塊8，用于連接正常驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)光耦9，還有副邊反饋輸出的反饋光耦10，用于電源DC/DC輸入濾波的模塊11，DC/DC轉(zhuǎn)換模塊12，以及DC/DC隔離變壓器13，用于穩(wěn)定+15V/-15V輸出的電路整流穩(wěn)壓模塊14，用于對(duì)副邊電壓電壓進(jìn)行監(jiān)控的欠壓保護(hù)模塊15 ;還包括用于正常驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)模塊16和用于Vce-sat檢測(cè)模塊17。
[0029]所述過(guò)流比較模塊2輸入端連接至輸出電流檢測(cè)模塊I的輸出端和電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊6的輸入端，電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊6的輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊3。
[0030]所述數(shù)字濾波和鎖存模塊3的輸出分別連接至軟關(guān)斷光耦4、驅(qū)動(dòng)光耦9和反饋光耦10。
[0031 ] 所述PWM輸入濾波模塊7和振蕩源和看門(mén)狗的模塊8輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊3 ;所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)可以是FPGA、CPLD邏輯芯片或DSP數(shù)字處理器。
[0032]所述軟關(guān)斷模塊5連接至軟關(guān)斷光耦4，所述Vce-sat檢測(cè)模塊17和欠壓保護(hù)模塊15的輸出連接至反饋光耦10的輸入。
[0033]所述電源DC/DC輸入濾波電路11輸出連接至DC/DC轉(zhuǎn)換模塊12，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊12連接至隔離變壓器13，所述隔離變壓器13連接至整流模塊14，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出+15V/-15V 電壓。
[0034]所述的驅(qū)動(dòng)光稱9和反饋光稱10為覽體光奉禹。
[0035]所述的Vce-sat檢測(cè)模塊17包括由運(yùn)放組成的比較電路和RC濾波電路。
[0036]所述的欠壓保護(hù)模塊15包括有運(yùn)放組成的比較電路和鎖存電路。
[0037]本系統(tǒng)的工作原理:1、IGBT模塊電流小于過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)定值時(shí)，過(guò)流比較信號(hào)輸出正常值，軟關(guān)斷光耦不工作，驅(qū)動(dòng)光耦正常工作，其副邊軟關(guān)斷模塊不工作，驅(qū)動(dòng)模塊正常工作。
[0038]2、IGBT模塊電流大于過(guò)流保護(hù)點(diǎn)設(shè)定值時(shí)，過(guò)流比較信號(hào)輸出故障值，軟關(guān)斷光耦工作，驅(qū)動(dòng)光耦不工作，其副邊軟關(guān)斷模塊工作，驅(qū)動(dòng)模塊不工作。
[0039]3、當(dāng)IGBT模塊發(fā)生直通短路時(shí)，IGBT模塊Vce退飽和，副邊軟關(guān)斷模塊工作，驅(qū)動(dòng)模塊不工作，反饋光耦工作。
[0040]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的保護(hù)電路包括電流檢測(cè)模塊(I)、過(guò)流比較模塊(2)、數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)、軟關(guān)斷光耦(4)、副邊軟關(guān)斷模塊(5);所述電流檢測(cè)模塊(I)的輸出與過(guò)流比較模塊(2 )的輸入相連接；所述過(guò)流比較模塊(2 )輸出端連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)，所述數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)的輸出連接至軟關(guān)斷光耦(4);所述軟關(guān)斷光耦(4)輸出端連接至副邊軟關(guān)斷模塊(5)； 所述電流檢測(cè)模塊(I)的作用是把電流互感器的電流信號(hào)通過(guò)高精度采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理電路成用于比較的電壓信號(hào)； 所述過(guò)流比較模塊(2)的作用是把所述電流檢測(cè)電路I的輸出信號(hào)與過(guò)流保護(hù)點(diǎn)的電壓設(shè)定值比較，通過(guò)運(yùn)放或比較器輸出數(shù)字邏輯信號(hào)； 所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)的作用是對(duì)過(guò)流比較模塊2的輸出數(shù)字邏輯信號(hào)進(jìn)行濾波，用于濾除高頻干擾信號(hào)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存，用于輸出控制； 所述的軟關(guān)斷光耦(4)的作用是將過(guò)流信號(hào)傳遞至副邊電路，起隔離作用； 所述的副邊軟關(guān)斷模塊(5)的作用是接受原邊通過(guò)軟關(guān)斷光耦傳遞的信號(hào)，對(duì)副邊驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷進(jìn)行控制，達(dá)到控制IGBT模塊電流DI/DT速率的控制，實(shí)現(xiàn)降低關(guān)斷電壓尖峰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的過(guò)流保護(hù)電路還包括用于設(shè)定過(guò)流保護(hù)值的轉(zhuǎn)換模塊(6)，用于PWM輸入濾波模塊(7)，用于為控制器提供振蕩源和看門(mén)狗模塊(8)，用于連接正常驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)光耦(9)，還有副邊反饋輸出的反饋光耦(10)，用于電源DC/DC輸入濾波的模塊(11)，DC/DC轉(zhuǎn)換模塊(12)，以及DC/DC隔離變壓器(13)，用于穩(wěn)定+15V/-15V輸出的電路整流穩(wěn)壓模塊(14)，用于對(duì)副邊電壓電壓進(jìn)行監(jiān)控的欠壓保護(hù)模塊(15);還包括用于正常驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)模塊(16)和用于Vce-sat檢測(cè)模塊(17); 所述過(guò)流比較模塊(2)輸入端連接至輸出電流檢測(cè)模塊(I)的輸出端和電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊(6)的輸入端，電流比較點(diǎn)設(shè)定模塊(6)的輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)； 所述數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)的輸出分別連接至軟關(guān)斷光耦(4)、驅(qū)動(dòng)光耦(9)和反饋光耦(10)； 所述PWM輸入濾波模塊(7)和振蕩源和看門(mén)狗的模塊(8)輸出連接至數(shù)字濾波和鎖存豐旲塊(3)； 所述軟關(guān)斷模塊(5)連接至軟關(guān)斷光耦(4)，所述Vce-sat檢測(cè)模塊(17)和欠壓保護(hù)模塊(15)的輸出連接至反饋光耦(10)的輸入； 所述電源DC/DC輸入濾波電路(11)輸出連接至DC/DC轉(zhuǎn)換模塊(12)，所述的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊(12)連接至隔離變壓器(13)，所述隔離變壓器(13)連接至整流模塊(14)，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出+15V/-15V電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)字濾波和鎖存模塊(3)可以是FPGA、CPLD邏輯芯片或DSP數(shù)字處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)光耦(9)和反饋光耦(10)為寬體光耦。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的Vce-sat檢測(cè)模塊(17)包括由運(yùn)放組成的比較電路和RC濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種IGBT模塊過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于:所述的欠壓保護(hù)模塊(15)包括有運(yùn)放組成的比較電路和鎖存電路。
【文檔編號(hào)】H02H7/10GK104393571SQ201410607465
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】呂懷明, 季建強(qiáng), 郭孟榕 申請(qǐng)人:浙江海得新能源有限公司