[发明专利]一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路

说明书

本发明属于电路技术领域，涉及IGBT短路保护，具体为一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路。一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路，包括：直流母线电流采样单元，用于测量流经IGBT的直流母线上的电流；比较单元，用于将该直流母线电流与短路电流阈值对应电压值进行比较，并输出比较结果；故障信号存储单元，用于将比较器经比较所认定的短路信号信号进行保存并输出短路故障信号；保护单元，识别故障信号并根据故障信号对IGBT进行短路保护。通过利用高频电流互感器检测流经IGBT的直流母线电流，解决了现有技术中对大功率IGBT模块短路保护只能通过检测IGBT集电极到发射极管压降Vce或者用电阻采样非隔离判断故障信号而导致的方案不稳定的问题。

技术领域

本发明属于电路技术领域，涉及IGBT短路保护，具体为一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor， 绝缘栅双极型晶体管)由MOSFET和双极型晶体管复合而成,其融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在当前电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。然而， IGBT的驱动器的各种保护功能是否可行、完善，能否在异常情况下及时关闭IGBT，在一定程度上决定了IGBT使用的寿命。

常规IGBT驱动器的短路保护是对开通时的IGBT的集电极CE端进行电压检测，即检测集电极和发射极的管压降Vce(sat)。正常工作时， Vce(sat)值约2V左右， 达不到短路保护阈值。当发生短路时，由于流过集电极的电流(即Ic)快速变化，造成Vce(sat)上升,直至达到短路保护阈值。通过IGBT驱动器的信号处理电路实施自锁保护，或者是利用电阻采样在主电路进行判断再将故障信号隔离后给控制电路。

但在管压降保护方法中，一是由于Vce(sat)只是跟随集电极的电流Ic的变化而变化并不能很好地反映集电极的电流Ic，可能会存在保护不及时或者保护不动作的情况。二是由于在工作电流大于2倍额定电流时，IGBT的外特性曲线为定性不定量的，所以可能会存在某些异常情况导致短路电流极大时还未达到短路保护阈值，保护不动作，即短路保护失效，从而损坏IGBT；在利用电阻采样的方法中由于是直接在主电路进行判断，由于采样电阻直接串在直流母线上因此其考虑到采样电阻的发热问题和整个电路的效率，采样电阻采到的电流采样值往往1V不到。主电路一旦功率增大就会有很强的电磁辐射，所述电阻的采样值会失真很严重。从而会造成大概率的保护不动作或者误动作。

发明内容

有鉴于管压降保护方法和利用电阻采样的方法不能有效对IGBT进行短路保护，本发明提供一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于桥臂电流检测的IGBT短路保护电路，包括直流母线电流采样单元，用于检测流经IGBT的直流母线电流；比较单元，用于将该直流母线电流与短路阈值电流进行比较，并输出比较结果；故障信号存储单元，用于将比较单元比较所认定的短路故障信号进行保存；保护单元，识别短路故障信号并根据短路故障信号对IGBT进行短路保护。

进一步地，直流母线电流采样单元包括高频电流互感器和采样电阻；所述高频电流互感器用于将直流高频电流等比缩小且输出隔离；所述的采样电阻用于将等比缩小的直流高频电流转化为电压信号并用于比较单元进行比较，所述比较单元包括短路电流阈值设置单元和比较器；所述短路电流阈值设置单元为一电压生成单元，用于生成短路阈值电流所对应的电压值，提供给所述比较器，所述比较器用于将所述直流母线电压信号和短路电流阈值所对应的电压值进行比较，并输出比较结果。由于整个保护电路都在控制侧电路上并且所有信号都是隔离的因此受到的主电路干扰小，采样精度高采样输出范围大，因此能够更可靠地实现对IGBT的短路保护。