[发明专利]IGBT管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的功率模块

说明书

本发明提供了IGBT管保护方法、保护电路以及使用该保护电路的方法。该保护电路包括：欠压保护控制信号产生电路，检测一IGBT管的集电极‑发射极电压，当所述IGBT管在导通时其所述集电极‑发射极电压高于一安全阈值时，产生欠压保护控制信号；驱动电路，与所述欠压保护控制信号产生电路耦接，根据所述欠压保护控制信号，关闭所述驱动电路，使所述IGBT管截止。本发明克服了传统保护电路中存在的保护触发值设置过高造成频繁发生保护或触发值设置过低则IGBT管长期处于线性区导致发热量过大的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种IGBT管保护电路以及使用该保护电路的功率模块。

背景技术

智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、伺服驱动、电力牵引、冶金机械、变频家电的一种理想电力电子器件。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是智能功率模块内重要的器件，其额定驱动电压是15V(由智能功率模块的电源电压提供)，在该电压下IGBT管一般工作在饱和区，集电极和发射极之间的电压非常小，一般要小于5V。而IGBT管在导通时的饱和压降与其栅极驱动电压有关，在集电极电流不变的条件下，IGBT管的栅极驱动电压在低于某一固定电压时，IGBT管将进入线性区，导通时其集电极与发射极之间的集电极-发射极压降V_CE会呈指数级急剧上升，如图1所示，其中，Ic＝5A、Ic＝10A、Ic＝15A所指的三根曲线分别表示集电极电流为5A、10A和15A时的情况。这导致了IGBT管在相同的电流下，发热量急剧增加。在实际工作过程中，由于某些原因会造成智能功率模块的工作电压不稳定，出现低于15V的情况，即IGBT管的栅极驱动电压低于15V，此时智能功率模块的IGBT管有可能会处在线性区，导致IGBT发热量急剧增加，严重时会烧坏IGBT管，甚至智能功率模块发生爆炸。

为解决这一问题，现有大多数的智能功率模块内部均设置有电源电压欠压保护功能，即当智能功率模块的工作电压(或驱动电压)低于欠压保护值时，其内部内置的欠压保护电路触发欠压保护，使得智能功率模块的内部上桥臂和下桥臂的各IGBT管全部处于截止状态，从而起到保护智能功率模块免受过热而损坏的作用。

然而，对于不同的IGBT管来说，集电极-发射极间压降V_CE与其栅源极驱动电压V_GE的关系曲线也是不同的，不同的IGBT管在同一电流下进入线性区的栅源极驱动电压是不一样的；而且即使是同一个IGBT管，随着工作时间的增加，其集电极-发射极压降V_CE与其栅源极驱动电压V_GE的关系曲线也会发生变化。

此外智能功率模块一般包含上桥臂和下桥臂共有6个IGBT管，而设置的欠压保护值往往是一个固定的值。假如智能功率模块设的欠压保护值并不恰当，那么会发生以下两种情况：(1)欠压保护触发值设置得过高，将导致智能功率模块频繁的发生欠压保护，其内部IGBT管频繁的截止，使得系统无法正常工作；(2)欠压保护触发值设置得过低，那么智能功率模块内部的部分IGBT管或者全部IGBT管长期处于线性区，其导通时发热量过大，轻则会造成智能功率模块的温升过高而影响智能功率模块的寿命，重则由于智能功率模块内部热积聚过高而出现IGBT管损坏甚至炸毁。

因此，本领域亟需一种改善的用于IGBT管的保护方案。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种IGBT管保护方法，以解决背景技术中存在的不足。

本发明的IGBT管保护方法，包括以下步骤：

a)检测IGBT管的集电极-发射极电压；