[发明专利]IGBT故障检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障检测电路，尤其是涉及一种IGBT故障检测电路。 

背景技术

绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor--IGBT）是由功率MOSFET和GTR复合而成的功率器件，因具有高电压、大电流、易于驱动、工作频率广等特性而被广泛使用在各种脉冲功率设备中：如雷达发射机、高压脉冲电场杀菌设备等。随着IGBT电压、电流、频率等级的不断提升，IGBT的价格也越来越高。IGBT本身是一种耐过压、耐过流能力较差的器件，在使用过程中，往往会因及极短时间的过流、过压造成损坏。 

另一方面，目前对IGBT串联技术的研究越来越广泛，但主要集中在：①各串联IGBT在开通和关断期间的动态均压；②IGBT驱动电路的传输时间监控。这两种研究的主要目的在于最大限度地确保IGBT串联电路中各IGBT都能正常工作。但是任何一个电路系统经过长时间的运行后，都有可能因个别元器件出现故障而导致系统无法正常工作。特别是对于元器件数量庞大，且又要在高电压、大电流下工作的IGBT串联电路，出现元器件故障的几率相比与低压系统更高。在IGBT串联电路中，一个IGBT损坏，会增加其他IGBT所承受的电压，进而增加其他IGBT损坏的几率；情况严重时，会破坏整个IGBT串联电路的控制系统，从而造成更大的系统损失和安全事故。可见，研究可靠的、快速响应的IGBT故障检测电路对IGBT多级串联电路具有非常重要的作用。 

IGBT出现故障通常有三种情况：损坏、过流、过压。IGBT本身具有一个很小的通态电阻（0.03~0.06 Ω），即当IGBT处于开通状态时，流过IGBT集电极-发射极的电流会在这个通态电阻两端产生一个较小的压降，该电压称为IGBT的饱和压降。在一定的结温范围内，饱和压降与电流呈线性关系。在绝大部分IGBT的应用中，饱和压降都在1~5V之间。在IGBT关断时，因所有IGBT串联连接，则理论上，每个IGBT所分担的电压相等。但由于各IGBT驱动电路传输时间的差异以及IGBT自身开关特性的差异，使得各IGBT很难同时开通和关断。当其他IGBT已经开通时，母线电压将分担到延迟开通的IGBT上，使得这些延迟开通的IGBT上产生过压。 

在IGBT串联电路中，造成IGBT损坏的原因有很多，但不论何种原因造成IGBT损坏，IGBT集电极-发射极都将被击穿，其集电极-发射极电压变为0。因此通过检测IGBT集电极-发射极电压是否降到0，可判断IGBT是否已损坏。当IGBT出现过流（包括短路）时，集电极-发射极电流在通态电阻两端产生的电压大于正常工作时的饱和压降。因此通过检测IGBT集电极-发射极电压是否高于正常工作时的饱和压降，可判断IGBT是否发生过流。IGBT过压发生在IGBT关断过程中，同样，通过检测其集电极-发射极电压是否突然增加到IGBT正常工作所允许的电压以上，可判断该IGBT是否发生过压。高灵敏度的电压比较器目前已广泛应用于对电压的快速检测，因此只要通过电压比较器，配合其外围电路即可实现对IGBT集电极-发射极电压的快速检测。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于IGBT多级串联电路的IGBT故障检测电路。利用该电路能够实现对IGBT串联电路中各IGBT是否发生损坏、过流和过压的实时检测，并输出反馈信号。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

本发明包括IGBT损坏检测电路、IGBT过流检测电路、IGBT过压检测电路、信号反馈电路；IGBT损坏检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过流检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过压检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT损坏检测电路的过流检测信号输出端与信号反馈电路的第一个输入端相连；IGBT过流检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第二个输入端相连，IGBT过压检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第三个输入端相连；IGBT损坏检测电路的一端同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，IGBT损坏检测电路的另一端同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连。