一種IGBT模塊的短路保護模塊及保護方法技術

一種IGBT模塊的短路保護模塊，包括電壓檢測模塊、比較模塊和控制模塊，該電壓模塊通過測量IGBT模塊主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的感生電壓來判定IGBT模塊短路狀態(tài)，降低了IGBT模塊運行中由于短路造成的損壞、提高IGBT模塊應用中的安全性以及提高用戶整個應用系統(tǒng)的安全性。同時本發(fā)明專利技術還提出了IGBT模塊的短路保護方法。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及絕緣柵雙極型晶體管的使用領域，具體地涉及一種絕緣柵雙極型晶體管的短路保護模塊及保護方法。
技術介紹
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)具有高頻率、高電壓、大電流、尤其是容易開通和關斷的性能特點，是國際上公認的電カ電子技術第三次革命的最具代表性的產(chǎn)品，至今已經(jīng)發(fā)展到第六代，商業(yè)化已發(fā)展到第五代。目前，IGBT已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各行業(yè)中。IGBT在工作時，短路狀態(tài)對IGBT是最危險的狀態(tài)。而IGBT的短路狀態(tài)又分為ー 類短路和ニ類短路。對于ー類短路狀態(tài)，即由于IGBT自身原因引起的短路，請參見圖1，此時電流不通過負載，直接通過上下橋臂流通，見圖中曲線箭頭所示，不僅會引起IGBT模塊的大量發(fā)熱，同時，在關斷期間會造成很大的電壓過沖；對于ニ類短路狀態(tài)，即由于負載原因引起的短路，見圖示中的折線箭頭，此時電流從IGBT的輸出端直接接地，而驅(qū)動電路本身很難進行檢測。所以，提高應用過程中IGBT模塊的短路檢測及保護技術已經(jīng)至關重要。目前應用中主要采用的方法是，檢測工作狀態(tài)中IGBT模塊集電極發(fā)射極之間電壓Vce，然后，根據(jù)生產(chǎn)商參數(shù)數(shù)據(jù)中的Vcesat，設定ー個閾值，當檢測到Vce大于閾值則輸出保護信號，驅(qū)動電路進行保護關斷。但是現(xiàn)有的這種短路保護方法存在以下缺點(I)根據(jù)生產(chǎn)商參數(shù)數(shù)據(jù)中的Vcesat設定閾值，若選定不合適的閾值，在應用中，由于ー類短路狀態(tài)出現(xiàn)吋，Vce上升速度在納秒時間內(nèi)已達到很大的電壓，當檢測電路檢測到短路吋，IGBT模塊的短路功耗已經(jīng)造成很大損傷。(2)當應用中出現(xiàn)ニ類短路時，電流上升速度較慢，采用Vce閾值檢測法，IOus (一般廠商承諾可以承受的短路時間)內(nèi)檢測不到短路狀態(tài)。
技術實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提出ー種IGBT模塊短路的保護模塊和保護方法，能夠解決現(xiàn)有的大功率IGBT模塊在出現(xiàn)ー類短路和ニ類短路時的檢測缺陷，提高IGBT模塊運行的可靠性。根據(jù)本專利技術的目的提出的ー種IGBT模塊的短路保護模塊，包括電壓檢測模塊，連接于所述主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間，測量該主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓，并發(fā)送電壓測量結(jié)果；比較模塊，連接所述電壓檢測模塊，接受并處理電壓檢測模塊的測量結(jié)果，并將該測量結(jié)果與一電壓預設值進行比較，生成電壓比較結(jié)果；控制模塊，當所述電壓比較結(jié)果為測量結(jié)果大于預設值時，該控制模塊對該IGBT模塊進行分階段關斷。優(yōu)選的，所述IGBT模塊的柵極連接在一驅(qū)動電路上，所述控制模塊連接所述驅(qū)動電路，所述分階段關斷是通過對該驅(qū)動電路輸出一個分階段關斷信號實現(xiàn)。優(yōu)選的，進ー步包括濾波模塊，連接在所述電壓檢測模塊上，對所述電壓測量結(jié)果中存在振蕩的部分進行過濾。優(yōu)選的，進ー步包括電流測量模塊，連接并測量主集電極電流，并將電流測量結(jié)果輸出給比較模塊。優(yōu)選的，該比較模塊將該電流測量結(jié)果與所述IGBT模塊的最大工作電流進行比較，并將比較結(jié)果輸出給控制模塊，該控制模塊依據(jù)該比較結(jié)果生成一延遲信號。同時，本專利技術還提出了ー種使用上述的短路保護模塊對IGBT模塊進行短路保護的方法，包括步驟I)測量主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓，生成實時的電壓測量結(jié)果；2 )對所述電壓測量結(jié)果與一電壓預設值進行比較，如果該電壓測量結(jié)果大于電壓預設值，則進入步驟3);如果該電壓測量結(jié)果小于電壓預設值，則返回步驟I)；3)對IGBT模塊進行分階段關斷。優(yōu)選的，在步驟I)中，還包括對電壓測量結(jié)果進行濾波，將所述電壓測量結(jié)果中存在振蕩的部分進行過濾。優(yōu)選的，在測量主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓的同時，還包括測量IGBT模塊的集電極電流，并生成電流測量結(jié)果。進ー步地，將所述電流測量結(jié)果與IGBT模塊的最大工作電流進行比較，如果電流測量結(jié)果小于該最大工作電流，則延遲進行步驟3);如果電流測量結(jié)果大于該最大工作電流，則進行步驟3)。上述的短路保護模塊和方法，其原理是利用了 IGBT模塊中，主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的寄生電感，在出現(xiàn)大電流變化時產(chǎn)生的感生電壓，通過測量該電壓來判定IGBT模塊短路狀態(tài)。由于IGBT模塊エ藝是很成熟的エ藝，因此制作得到的IGBT模塊的穩(wěn)定性和一致性也比較高，相比較現(xiàn)有的利用測量Vce的手段來檢測短路狀態(tài)，測量IGBT自身攜帯的寄生電感產(chǎn)生的感生電壓，可以更加有效和準確的得到ー類短路和ニ類短路的狀態(tài)。因此本專利技術的短路保護模塊和保護方法，可以降低IGBT模塊運行中由于短路造成的損壞、提高IGBT模塊應用中的安全性以及提高用戶整個應用系統(tǒng)的安全性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是現(xiàn)有的IGBT模塊中發(fā)生ー類短路和ニ類短路的說明圖；圖2是ー種IGBT模塊的電路示意圖；圖3是本專利技術的IGBT模塊的短路保護模塊示意圖。具體實施方式正如
技術介紹
中提到的，在現(xiàn)有的IGBT模塊的短路保護技術中，往往是通過測量發(fā)射極和集電極之間的電壓Vce來判定IGBT模塊的短路狀態(tài)。然而這種方法在遇到ー類短路或ニ類短路時，都存在判斷上的缺陷，導致IGBT模塊仍然可能因短路而引起的燒毀。因此，本專利技術提出了一種全新的IGBT模塊的短路保護技木。在本專利技術中，使用測量IGBT模塊中主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓代替原先的Vce，通過對該電壓的檢測來判定IGBT模塊的短路狀態(tài)。由于主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓實質(zhì)是兩者之間寄生電感在電流遭遇大值突變時出現(xiàn)的感生電壓，因此其反應靈敏且對短路狀態(tài)的反映結(jié)果也十分準確，能夠很好的解決現(xiàn)有技術中的缺陷。下面將通過具體實施方式對本專利技術的技術方案作詳細描述。請參見圖2，圖2是ー種IGBT模塊的電路示意圖。如圖所示，該IGBT模塊10具有主發(fā)射極11、主集電極12、柵極15、輔助發(fā)射極13和輔助集電極14。這里輔助發(fā)射極13和輔助集電極14分別是從主發(fā)射極11和主集電極12上通過引線エ藝拖出來的兩個薄電極，這兩個電極在IGBT模塊中一般不接工作負載，其主要作用是用來測量IGBT模塊工作時的 各電極之間的電壓。由于輔助發(fā)射極13和主發(fā)射極11之間，以及輔助集電極14和主集電極12之間，使用引線連接，因此無法避免的會存在ー個寄生電感，如圖示中的電感16和電感17。這兩個寄生電感16、17的電感值非常小，通常在10-9亨的數(shù)量級，因此在正常工作時，輔助發(fā)射極13和主發(fā)射極11之間，以及輔助集電極14和主集電極12之間的電壓幾乎不會被感知。但是由于IGBT模塊往往工作在大電流(近千安)和大電壓(上千伏)的環(huán)境下，當發(fā)生短路吋，電流瞬時的變化可以達到幾千安培，此時，該寄生電感產(chǎn)生的感應電動勢也能夠達到幾十伏持。因此當發(fā)生短路時，主發(fā)射極11和輔助發(fā)射極13之間的電壓能夠被很容易的測量得到。根據(jù)上述原理，本專利技術提出了通過測量主發(fā)射極11和輔助發(fā)射極13之間的電壓來達到判定短路狀態(tài)的短路保護裝置，請參見圖3，圖3是本專利技術的IGBT模塊的短路保護模塊示意圖。如圖所示，該短路保護模塊包括電壓檢測模塊2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種IGBT模塊的短路保護模塊，所述IGBT模塊包括主發(fā)射極、主集電極、柵極、輔助發(fā)射極和輔助集電極，其特征在于：所述短路保護裝置包括電壓檢測模塊，連接于所述主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間，測量該主發(fā)射極和輔助發(fā)射極之間的電壓，并發(fā)送測量結(jié)果；比較模塊，連接所述電壓檢測模塊，接受并處理電壓檢測模塊的測量結(jié)果，并將該測量結(jié)果與一電壓預設值進行比較，生成電壓比較結(jié)果；控制模塊，當所述電壓比較結(jié)果為測量結(jié)果大于預設值時，該控制模塊對該IGBT模塊進行分階段關斷。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張強，
申請(專利權)人：西安永電電氣有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：