一種igbt的過溫保護(hù)電路及有源電力濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種IGBT的過溫保護(hù)電路及有源電力濾波器，其IGBT的過溫保護(hù)電路部分包括一級測溫單元、二級測溫單元、控制單元和執(zhí)行單元，其有源電力濾波器包括指令電流運算電路、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路、主電路和上述的一種IGBT的過溫保護(hù)電路，該過溫保護(hù)電路耦接于主電路IGBT的控制極以對IGBT的控制極進(jìn)行過溫保護(hù)，其利用三極管的結(jié)溫升作為測溫元件，由兩個結(jié)溫特性不同的三極管構(gòu)成兩級測溫電路，讓它們靠近IGBT控制極，從而反映IGBT控制極的溫升情況。當(dāng)調(diào)整管溫升超過允許值時，第一測溫三極管啟動一個電路，使IGBT控制極的溫度下降至安全值，若該措施無法奏效，第二測溫三極管啟動另一個電路，使IGBT關(guān)斷，從而進(jìn)一步地保護(hù)IGBT。
【專利說明】—種IGBT的過溫保護(hù)電路及有源電力濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種保護(hù)電路，尤其是一種有源電力濾波器的IGBT的過溫保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進(jìn)行快速跟蹤補償，有源電力濾波器可以通過采樣負(fù)載電流并進(jìn)行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應(yīng)，抵消負(fù)載中相應(yīng)電流，實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。有源電力濾波器通過電流互感器檢測負(fù)載電流，并通過內(nèi)部DSP計算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過PWM驅(qū)動電路發(fā)出信號發(fā)送給內(nèi)部的開關(guān)器件IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的。
[0003]其中IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，通過開關(guān)動作控制逆變器產(chǎn)生電流，其控制極若長期處于工作狀態(tài)難免產(chǎn)生熱量，在現(xiàn)有技術(shù)中已有對其控制極進(jìn)行過溫保護(hù)的電路，其工作原理大致如下:通過測溫元件采集溫度信號并將其轉(zhuǎn)化為電信號，通過光耦隔離將信號傳至控制器，控制器通過切換電路的工作模式使IGBT的控制極降溫。在正常工作狀態(tài)中，這種方案能夠解決使IGBT控制極過穩(wěn)的問題，但是，如果周圍的工作環(huán)境溫度過高，即便IGBT已經(jīng)切換到了低產(chǎn)熱的工作模式，還是無法解決過熱的問題，此時需要更進(jìn)一步的保護(hù)措施。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的一方面提供一種過溫保護(hù)電路，用于有源電力濾波器的IGBT，包括:
[0005]測溫單元:設(shè)置于外部IGBT的控制極上以感應(yīng)IGBT控制極的溫度，并輸出相應(yīng)的過溫信號；
[0006]控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并輸出相應(yīng)的控制信號；
[0007]執(zhí)行單元:耦接于控制單元以響應(yīng)控制信號，并對IGBT的控制極進(jìn)行降溫。
[0008]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的測溫單元包括:
[0009]第二電阻:耦接于電源；
[0010]穩(wěn)壓管:其陰極耦接于第二電阻，陽極接地；
[0011]第三電阻:耦接于電源；
[0012]第一 NPN三極管:其基極耦接于第二電阻與穩(wěn)壓管的陰極之間，集電極耦接于第三電阻；
[0013]第四電阻:耦接于第一 NPN三極管的發(fā)射極；
[0014]第一電阻:其一端耦接于第四電阻，另一端接地。
[0015]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的控制單元包括:
[0016]一級控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并控制執(zhí)行單元限制IGBT控制極的電流；
[0017]二級控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并控制執(zhí)行單元使IGBT的控制極斷電。
[0018]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的一級控制單元包括:
[0019]第二 NPN三極管:其基極耦接于第四電阻與第一電阻之間；
[0020]第一繼電器線圈:其一端耦接于第二 NPN三極管的發(fā)射極，另一端接地；
[0021]第五電阻:其一端耦接于第二 NPN三極管的集電極，另一端接電源。
[0022]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的二級控制單元包括:
[0023]第三NPN三極管:其基極耦接于第四電阻與第一電阻之間；
[0024]第二繼電器線圈:其一端耦接于第三NPN三極管的發(fā)射極，另一端接地；
[0025]第五電阻:其一端耦接于第三NPN三極管的集電極，另一端接電源。
[0026]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的執(zhí)行單元包括:
[0027]常閉開關(guān):一端耦接于PWM驅(qū)動電路，另一端耦接于IGBT的控制極，并響應(yīng)第一繼電器線圈；
[0028]常開開關(guān):耦接于IGBT的控制極，并響應(yīng)第二繼電器線圈；
[0029]第六電阻:一端耦接于常開開關(guān)，另一端接地。
[0030]所述的IGBT的過溫保護(hù)電路的一級控制單元和二級控制單元共用第五電阻，所述的第二 NPN三極管與第三NPN三極管的結(jié)溫特性不同。
[0031]所述的過溫保護(hù)電路原理圖如圖1所示，由測溫單元(I)、控制單元(2)與執(zhí)行單元(3)組成。
[0032]所述的測溫單元(I)的電路原理圖如圖2所示，由第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、穩(wěn)壓管(Dz)和第一 NPN三極管(Tl)構(gòu)成，所述的第一 NPN三極管(Tl)的基極耦接于第二電阻(R2)與穩(wěn)壓管(Dz)的陰極之間，其集電極耦接于第三電阻(R3)，其發(fā)射極耦接于第四電阻(R4)，所述的第一電阻(Rl)—端耦接于第四電阻(R4)，另一端接地，所述的第二電阻(R2)—端耦接于穩(wěn)壓管(Dz)的陰極，另一端接電源，所述的穩(wěn)壓管(Dz)的陽極接地，所述的第三電阻(R3) —端耦接于第一 NPN三極管(Tl)的發(fā)射極，另一端接電源，所述的第四電阻(R4) —端耦接于第一 NPN三極管(Tl)的發(fā)射極，另一端耦接于第一電阻(Rl)。
[0033]所述的控制單元(2)的電路原理圖如圖3所示，包括第一控制單元(20)與第一控制單元(21)，所述的第一控制單元(20)的電路原理圖如圖4所示，由第二 NPN三極管(T2)、第五電阻(R5)和第一繼電器線圈(Kl)構(gòu)成，所述的第二 NPN三極管(T2)的基極耦接于第一電阻(Rl)與第四電阻(R4)之間，所述的第二 NPN三極管(T2)的集電極耦接于IGBT的控制極，其發(fā)射極耦接于第一繼電器線圈(Kl)的一端，所述的第一繼電器線圈(Kl)的另一端接地，所述的第五電阻(R5) —端耦接于第二 NPN三極管(T2)的發(fā)射極，另一端接電源；所述的第二控制單元(21)的電路原理圖如圖5所示，由第三NPN三極管(T3 )、第五電阻(R5 )和第二繼電器線圈(K2)構(gòu)成，所述的第三NPN三極管(T3)的基極耦接于第一電阻(Rl)與第四電阻(R4)之間，所述的第三NPN三極管(T3)的集電極耦接于IGBT的控制極，其發(fā)射極耦接于第二繼電器線圈(K2)的一端，所述的第二繼電器線圈(Κ2)的另一端接地，所述的第五電阻(R5) —端耦接于第三NPN三極管(Τ3)的發(fā)射極，另一端接電源。
[0034]所述的執(zhí)行單元(4)的電路原理圖如圖6所示，由第六電阻(R6)、常開開關(guān)(Kl-O)和常閉開關(guān)(Κ2-0)構(gòu)成，所述的常閉開關(guān)(Κ2-0)—端耦接于PWM驅(qū)動電路的輸出端，另一端耦接于IGBT的控制極，所述的常開開關(guān)(Kl-O) —端耦接于IGBT的控制極，另一端耦接于第六電阻(R6)的一端，所述的第六電阻(R6)的另一端接地。
[0035]本實用新型另一方面提供一種有源電力濾波器，其功能圖如圖7所示，包括:
[0036]指令電流運算電路:耦接于負(fù)載前端以接收諧波電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的運算信號；
[0037]電流跟蹤控制電路:稱接于指令電流運算電路以接收運算信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號；
[0038]驅(qū)動電路:耦接于電流跟蹤控制電路以接收控制信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號；
[0039]主電路:耦接于驅(qū)動電路以接收驅(qū)動信號，并產(chǎn)生與電源諧波反向的電壓信號；
[0040]如上所述的一種IGBT的過溫保護(hù)電路:耦接于主電路IGBT的控制極以對IGBT的控制極進(jìn)行過溫保護(hù)。
[0041]本實用新型通過設(shè)置一種IGBT的過溫保護(hù)電路，在IGBT溫度過高時，迫使流經(jīng)IGBT的電流下降，從而達(dá)到降溫的目的，以保護(hù)IGBT不因過溫過高而燒壞，同時，應(yīng)用有此IGBT的過溫保護(hù)電路的有源濾波器，其開關(guān)器件IGBT的溫度過高時，能夠自動降低流經(jīng)IGBT的電流，從而達(dá)到降溫的目的，以保護(hù)IGBT。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本實用新型的過溫保護(hù)電路原理圖；
[0043]圖2為測溫單元的電路原理圖；
[0044]圖3為控制單元的電路原理圖；
[0045]圖4為一級控制單元的電路原理圖；
[0046]圖5為二級控制單元的電路原理圖；
[0047]圖6為執(zhí)行單元的電路原理圖；
[0048]圖7為本實用新型的有源電力濾波器功能框圖。
[0049]圖中:1、測溫單元；2、控制單元；20、一級控制單元；21、二級控制單元；3、執(zhí)行單元；R1、第一電阻；R2、第二電阻；R3、第三電阻；R4、第四電阻；R5、第五電阻；R6、第六電阻；Tl、第一 NPN三極管；T2、第二 NPN三極管；Τ3、第三NPN三極管；Dz、穩(wěn)壓管；K1、第一繼電器線圈；Κ1-0、常開開關(guān)；Κ2、第二繼電器線圈；Κ2-0、常閉開關(guān)；VCC、電源；GND、電源地。

【具體實施方式】
[0050]在圖1所示的電路中，第一電阻(R1)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第一 NPN三極管(Tl)構(gòu)成測溫單元(1)，根據(jù)三極管的結(jié)溫特性來作為測溫原理，第一 NPN 三極管(Tl )b-e 間電壓為 Ubel=Url= (Rl/(R1+R4)) * (Uz_Ube2)，其中穩(wěn)壓管(Dz)具有正溫度系數(shù)(溫度升高，穩(wěn)壓管Dz陰極電位升高)，而三極管b-e間電壓具有負(fù)溫度系數(shù)(溫度升高，第二 NPN三極管的基極導(dǎo)通電壓降低)。當(dāng)IGBT控制極未過熱時，第一 NPN三極管(Tl)、第二 NPN三極管(T2)與第三NPN三極管(T3)均截止，IGBT控制極的電位為PWM驅(qū)動電路輸出的PWM波的電位。當(dāng)IGBT控制極過熱時，Uz增大，Ube2減小，S卩(Uz-Ube2)增大，而第一 NPN三極管(Tl)的b-e間的開啟電壓(Uon)卻減小，當(dāng)IGBT控制極的溫度上升到一定數(shù)值時，第一 NPN三極管(Tl)與第二 NPN三極管(T2)導(dǎo)通，驅(qū)動第一繼電器的線圈(KI)吸合，控制常開開關(guān)(K1-O )閉合，PWM驅(qū)動電路輸出的PWM波通過第六電阻(R6 )接地，因此電流經(jīng)過第六電阻(R6)流入地，從而減小了進(jìn)入IBGT控制極的電流，而加在IGBT控制極的電壓不變，因為Q=I~2*Rt，所以其IGBT控制極所產(chǎn)生的熱量降低，使其溫度被限制在一定數(shù)值下。
[0051]由于第三NPN三極管(T3)的節(jié)溫特性不同于第一 NPN三極管(Tl)，第三NPN三極管(T3)導(dǎo)通需要更高的溫度，所以在上述的工作過程中，二級控制單元(21)不動作。
[0052]當(dāng)周圍環(huán)境的溫度過高時，及時在第一 NPN三極管(Tl)導(dǎo)通的情況下，IGBT控制極的溫度仍然過高，若長時間處于這種溫度下工作，會導(dǎo)致其控制極燒壞，因此有必要通過二級過溫保護(hù)電路來實現(xiàn)保護(hù)功能，所述的第三NPN三極管(T3)、第五電阻(R5)、常閉開關(guān)(K2-0)和第一電阻(Rl)構(gòu)成二級控制單元(2)。根據(jù)第一 NPN三極管(Tl)導(dǎo)通的原理，所述的第三NPN三極管(T3)也導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谌齆PN三極管(T3)導(dǎo)通時，第二繼電器的線圈(K2)吸合，控制常閉開關(guān)(K2-0)斷開，IGBT控制極與PWM驅(qū)動電路的輸出端斷開，因此沒有電流進(jìn)入IGBT的控制極，從而更進(jìn)一步地對IGBT進(jìn)行了保護(hù)。
[0053]將上述的過溫保護(hù)電路耦接于IGBT的控制極，應(yīng)用于有源電力濾波器的電路中，其功能框圖示意圖如圖7所示，所述的有源電力濾波器包括指令電流運算電路、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路與上述的電源亂相，在有源電力濾波器耦接于電力系統(tǒng)中時，若IGBT控制極溫度在允許范圍內(nèi)，有源電力濾波器的指令電流運算電路在負(fù)載端接收諧波電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的運算信號；有源電力濾波器的電流跟蹤控制電路耦接于指令電流運算電路以接收運算信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，有源電力濾波器的驅(qū)動電路耦接于電流跟蹤控制電路以接收控制信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號，有源電力濾波器的主電路耦接于驅(qū)動電路以接收驅(qū)動信號，并產(chǎn)生與電源諧波反向的電壓信號，所產(chǎn)生的電壓信號與外部電源的諧波相抵消，因此負(fù)載端得到基波電壓。
[0054]在IGBT控制極常溫工作時，第一 NPN三極管(Tl)、第二 NPN三極管(T2)和第三NPN三極管(T3)均不工作，IGBT控制極接收PWM驅(qū)動電路產(chǎn)生的PWM波，當(dāng)IGBT控制極溫度過高時，第一 NPN三極管(Tl)和第二 NPN三極管(T2)工作，IGBT的電壓為仍然為PWM波的電壓，由于PWM驅(qū)動電路輸出的PWM波通過第六電阻(R6)接地，因此電流經(jīng)過第六電阻(R6)流入地，從而減小了進(jìn)入IBGT控制極的電流，因為Q=I~2*Rt，所以其IGBT控制極所產(chǎn)生的熱量降低，使其溫度被限制在一定數(shù)值下，此時初步為IGBT控制極經(jīng)行降溫處理，若環(huán)境溫度過高，采取了初步降溫處理仍然不奏效，與第一 NPN三極管(Tl)導(dǎo)通的原理相同，第三NPN三極管(T3)導(dǎo)通，IGBT控制極與PWM驅(qū)動電路的輸出端斷開，因此沒有電流進(jìn)入IGBT的控制極，從而更進(jìn)一步地對IGBT進(jìn)行了保護(hù)。
[0055]上述的過溫保護(hù)電路的電源與PWM驅(qū)動電路與IGBT所構(gòu)成的外部電路的電源不是同一個電源，并且不共地，因此進(jìn)行上述的過溫保護(hù)與PWM驅(qū)動電路輸出的PWM波并不相互影響。
[0056]綜上所述，利用三極管的結(jié)溫升作為測溫元件，由兩個結(jié)溫特性不同的三極管構(gòu)成兩級控制電路，讓它們靠近IGBT控制極，從而反映IGBT控制極的溫升情況。當(dāng)IGBT控制極溫升超過允許值時，第二 NPN三極管啟動一個電路，使IGBT控制極的溫度下降至安全值，若該措施無法奏效，第三NPN三極管啟動另一個電路，使IGBT關(guān)斷，從而進(jìn)一步地保護(hù)IGBT。
[0057]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種叩81的過溫保護(hù)電路，用于有源電力濾波器的叩81，其特征在于:包括: 測溫單元:設(shè)置于外部1部1的控制極上以感應(yīng)1部1控制極的溫度，并輸出相應(yīng)的過溫信號； 控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并輸出相應(yīng)的控制信號； 執(zhí)行單元:耦接于控制單元以響應(yīng)控制信號，并對叩81的控制極進(jìn)行降溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于:所述的測溫單元包括: 第二電阻:耦接于電源； 穩(wěn)壓管:其陰極耦接于第二電阻，陽極接地； 第三電阻:耦接于電源； 第一冊X三極管:其基極耦接于第二電阻與穩(wěn)壓管的陰極之間，集電極耦接于第三電阻； 第四電阻:耦接于第一見^三極管的發(fā)射極； 第一電阻:其一端耦接于第四電阻，另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于:所述的控制單元包括: 一級控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并控制執(zhí)行單元限制I⑶!'控制極的電流； 二級控制單元:耦接于測溫單元以接收過溫信號，并控制執(zhí)行單元使叩81的控制極斷電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于:所述的一級控制單元包括: 第二冊X三極管:其基極耦接于第四電阻與第一電阻之間； 第一繼電器線圈:其一端耦接于第二見^三極管的發(fā)射極，另一端接地； 第五電阻:其一端耦接于第二見^三極管的集電極，另一端接電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于:所述的二級控制單元包括: 第三冊X三極管:其基極耦接于第四電阻與第一電阻之間； 第二繼電器線圈:其一端耦接于第三見^三極管的發(fā)射極，另一端接地； 第五電阻:其一端耦接于第三三極管的集電極，另一端接電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于:所述的執(zhí)行單元包括: 常閉開關(guān):一端耦接于？麗驅(qū)動電路，另一端耦接于叩81的控制極，并響應(yīng)第一繼電器線圈； 常開開關(guān):耦接于叩81的控制極，并響應(yīng)第二繼電器線圈； 第六電阻:一端耦接于常開開關(guān)，另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的叩81的過溫保護(hù)電路，其特征在于: 所述的一級控制單元和二級控制單元共用第五電阻，所述的第二見^三極管與第三 三極管的結(jié)溫特性不同。
8.一種有源電力濾波器，其特征在于:包括: 指令電流運算電路:耦接于負(fù)載前端以接收諧波電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的運算信號； 電流跟蹤控制電路:稱接于指令電流運算電路以接收運算信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號； 驅(qū)動電路:耦接于電流跟蹤控制電路以接收控制信號，并產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號； 主電路:耦接于驅(qū)動電路以接收驅(qū)動信號，并產(chǎn)生與電源諧波反向的電壓信號； 如權(quán)利要求1至6任意一項所述的一種叩81的過溫保護(hù)電路:耦接于主電路1(?丁的控制極以對1681的控制極進(jìn)行過溫保護(hù)。
【文檔編號】H02H7/20GK204118708SQ201420560290
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】黃穎博 申請人:百固電氣有限公司