本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

電機(jī)控制器為新能源電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，其中的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊是最重要的功率單元。在矢量控制下，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊將動(dòng)力電池高壓逆變成三相交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。故IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的工作需要高可靠性，其中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路故障是影響可靠性的重要因素，因此可靠有效的短路檢測(cè)保護(hù)是IGBT驅(qū)動(dòng)模塊安全工作的重要保障。目前被廣泛應(yīng)用于IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的短路檢測(cè)保護(hù)基本均基于昂貴的專用集成電路，但在一些低成本的應(yīng)用中，現(xiàn)有的解決方案往往帶來較重的成本壓力。

現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路如圖1所示，其主要有IGBT驅(qū)動(dòng)專用集成電路1、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊2中的IGBT管、高壓二極管Dm、高壓電阻Rm和響應(yīng)時(shí)間電容Ca構(gòu)成。集成電路1內(nèi)部設(shè)有電流源和比較器等電路，當(dāng)IGBT管關(guān)斷時(shí)，電流源被內(nèi)部旁路，響應(yīng)時(shí)間電容Ca的電位被鉗在低電位，內(nèi)部比較器不會(huì)翻轉(zhuǎn)，不會(huì)反饋短路故障信號(hào)；當(dāng)IGBT管開通的過程中，逐漸進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電流源流過高壓電阻Rm、高壓二極管Dm及IGBT管形成回路，比較器不會(huì)翻轉(zhuǎn)反饋故障信號(hào)；而當(dāng)IGBT管出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，工作電壓快速由飽和壓降上升至直流母線電壓，高壓二極管Dm會(huì)馬上反向截至，電流源則向響應(yīng)時(shí)間電容Ca充電，響應(yīng)時(shí)間電容Ca電位線性上升，在到達(dá)集成電路1內(nèi)部設(shè)置的門檻電壓值時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)反饋故障信號(hào)，以便安全關(guān)斷故障IGBT管，起到保護(hù)的作用。首先，由于該專用集成電路非常昂貴，對(duì)低成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)會(huì)形成不小的成本壓力；再者，短路保護(hù)門檻電壓值往往是集成電路內(nèi)部設(shè)置好的，不便于根據(jù)應(yīng)用條件的不同進(jìn)行相應(yīng)的修改，影響了電路設(shè)計(jì)的靈活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路，本電路既可有效地檢測(cè)保護(hù)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的短路故障，又可滿足低成本應(yīng)用設(shè)計(jì)的需求，提高電路設(shè)計(jì)的靈活性，從而確保電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路包括IGBT管、高壓二極管、響應(yīng)時(shí)間電容、比較器、施密特緩沖器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第一電容，所述比較器的輸出端連接所述施密特緩沖器的輸入端，所述第一電阻與第二電阻串聯(lián)并且兩端分別連接工作電源正極和接地端，所述第一電阻和第二電阻的中點(diǎn)連接所述比較器的輸入正端，所述第一電容并聯(lián)于所述第二電阻兩端，所述第四電阻、第二二極管和高壓二極管依次串聯(lián)并且兩端分別連接所述比較器的輸入負(fù)端和IGBT管的C極，其中所述第二二極管陽(yáng)極與高壓二極管陽(yáng)極連接，所述第三電阻與第一二極管串聯(lián)并且兩端分別連接所述比較器的輸入負(fù)端和IGBT管的G極，其中第一二極管陰極連接IGBT管的G極，所述第五電阻兩端分別連接所述第一二極管陰極和第二二極管陽(yáng)極，所述第三二極管陽(yáng)極連接所述高壓二極管陽(yáng)極，所述第三二極管陰極連接所述IGBT管的G極，所述響應(yīng)時(shí)間電容兩端連接所述比較器的輸入負(fù)端和接地端，所述第六電阻兩端連接所述第二二極管陰極和接地端，所述IGBT管的E極接地。

進(jìn)一步，所述第六電阻的阻值為三倍的第四電阻阻值或三十倍的第三電阻阻值。

由于本實(shí)用新型電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路采用了上述技術(shù)方案，即本電路主要由IGBT驅(qū)動(dòng)模塊中的IGBT管、高壓二極管、響應(yīng)時(shí)間電容、比較器、施密特緩沖器以及相應(yīng)的阻容器件、二極管構(gòu)成；通過高壓二極管的導(dǎo)通或截止以及響應(yīng)時(shí)間電容的充放電檢測(cè)IGBT管的狀態(tài)，一旦IGBT管產(chǎn)生短路故障，通過響應(yīng)時(shí)間電容使比較器輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)，并傳輸至施密特緩沖器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后給出高電平的短路故障信號(hào)，以便通過電機(jī)控制器關(guān)斷故障的IGBT管。本電路既可有效地檢測(cè)保護(hù)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的短路故障，又可滿足低成本應(yīng)用設(shè)計(jì)的需求，提高電路設(shè)計(jì)的靈活性，從而確保電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

圖1為現(xiàn)有IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路示意圖；

圖2為本實(shí)用新型電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例如圖2所示，本實(shí)用新型電機(jī)控制器中IGBT驅(qū)動(dòng)模塊短路檢測(cè)保護(hù)電路包括IGBT管U3、高壓二極管Dm、響應(yīng)時(shí)間電容Ca、比較器U1、施密特緩沖器U2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第一電容C1，所述比較器U1的輸出端連接所述施密特緩沖器U2的輸入端，所述第一電阻R1與第二電阻R2串聯(lián)并且兩端分別連接工作電源正極和接地端，所述第一電阻R1和第二電阻R2的中點(diǎn)連接所述比較器U1的輸入正端，所述第一電容C1并聯(lián)于所述第二電阻R2兩端，所述第四電阻R4、第二二極管D2和高壓二極管Dm依次串聯(lián)并且兩端分別連接所述比較器U1的輸入負(fù)端和IGBT管U3的C極，其中所述第二二極管D2陽(yáng)極與高壓二極管Dm陽(yáng)極連接，所述第三電阻R3與第一二極管D1串聯(lián)并且兩端分別連接所述比較器U1的輸入負(fù)端和IGBT管U3的G極，其中第一二極管D1陰極連接IGBT管U3的G極，所述第五電阻R5兩端分別連接所述第一二極管D1陰極和第二二極管D2陽(yáng)極，所述第三二極管D3陽(yáng)極連接所述高壓二極管Dm陽(yáng)極，所述第三二極管D3陰極連接所述IGBT管U3的G極，所述響應(yīng)時(shí)間電容Ca兩端連接所述比較器U1的輸入負(fù)端和接地端，所述第六電阻R6兩端連接所述第二二極管D2陰極和接地端，所述IGBT管U3的E極接地。其中IGBT管為IGBT驅(qū)動(dòng)模塊中的絕緣柵雙極型晶體管。

優(yōu)選的，為了優(yōu)化響應(yīng)時(shí)間電容Ca的充放電時(shí)間及保護(hù)動(dòng)作的靈敏度，所述第六電阻的阻值為三倍的第四電阻阻值或三十倍的第三電阻阻值。

本電路中被保護(hù)對(duì)象為IGBT管，IGBT管能夠正常開關(guān)動(dòng)作，需要提供門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge，本電路利用該信號(hào)完成對(duì)IGBT管短路故障的檢測(cè)，并且通過第一電阻R1、第二電阻R2可以靈活設(shè)置故障保護(hù)的門檻電壓值，即圖1中的b點(diǎn)電位；通過響應(yīng)時(shí)間電容Ca可以靈活設(shè)置故障保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間值，防止IGBT管開通之初誤報(bào)短路故障。

本電路的工作原理如下：

1、當(dāng)IGBT管開通時(shí)，Vge信號(hào)為高電平，在開通過程剛開始，IGBT管的Vce電壓還未降到IGBT管的飽和壓降，此時(shí)高壓二極管Dm反向截止，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge通過第五電阻R5、第二二極管D2、第四電阻R4回路向響應(yīng)時(shí)間電容Ca充電，比較器輸入負(fù)端a點(diǎn)電位上升；隨著IGBT管開通過程的進(jìn)行，Vce逐漸降至飽和壓降，高壓二極管Dm由反向截止變?yōu)檎驅(qū)ǎ琁GBT管C極電位被鉗位在低電平，停止對(duì)響應(yīng)時(shí)間電容Ca的充電，a點(diǎn)電位不會(huì)超過b點(diǎn)的門檻值，比較器U1不會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，無故障信號(hào)反饋。

2、當(dāng)IGBT管關(guān)斷時(shí)，Vge信號(hào)為低電平，高壓二極管Dm反向截止，響應(yīng)時(shí)間電容Ca通過第三電阻R3、第一二極管D1放電，為下一個(gè)開關(guān)周期做準(zhǔn)備。

3、當(dāng)IGBT管開通過了響應(yīng)時(shí)間后，如果發(fā)生短路故障，IGBT管會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，Vce電壓迅速上升，高壓二極管Dm反向截止，門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vge會(huì)繼續(xù)通過第五電阻R5、第二二極管D2、第四電阻R4回路向響應(yīng)時(shí)間電容Ca充電，直至a點(diǎn)電位超過b點(diǎn)門檻值，比較器U1發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，經(jīng)過施密特緩沖器U2整形后輸出高電平的短路故障信號(hào)SC Fault，并通過電機(jī)控制器采取措施安全關(guān)斷發(fā)生短路故障的IGBT管，從而保障電機(jī)的可靠運(yùn)行。