一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的igbt過流檢測電路及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路及其實(shí)現(xiàn)方法。IGBT集電極與第一二極管陰極連接，第一二極管陽極接入由第一運(yùn)算放大器與電阻構(gòu)成的第一電壓跟隨電路，第一運(yùn)算放大器的輸出端接入由第二運(yùn)算放大器與電阻構(gòu)成的第一反相比例放大電路，第二運(yùn)算放大器的輸出端接入由第三運(yùn)算放大器、可調(diào)電阻、電阻構(gòu)成的第二反相比例放大電路，第三運(yùn)算放大器的輸出端接入由第四運(yùn)算放大器、電阻構(gòu)成的第二電壓跟隨電路，第四運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)電阻連接至第二二極管陰極，第二二極管陽極與驅(qū)動(dòng)芯片的過流保護(hù)端連接。本發(fā)明旨在通過一種電路實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT過流點(diǎn)的線性、連續(xù)、雙向調(diào)節(jié)，從而滿足相關(guān)產(chǎn)品對(duì)IGBT過流點(diǎn)一致性、準(zhǔn)確性和可調(diào)節(jié)性的要求。
【專利說明】
-種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體包括電源、發(fā)輸電、新能源等需要利用絕緣柵 雙極型晶體管（IGBT)器件的場合，屬于IGBT的保護(hù)電路設(shè)計(jì)，具體為一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流 點(diǎn)的IGBT過流檢測電路及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] IGBT在電源、變頻器、新能源發(fā)電、電機(jī)等電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，IGBT作 為相關(guān)產(chǎn)品的核屯、器件，其可靠安全性直接關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)。電力電子產(chǎn)品在使用過程 中發(fā)生過載、短路等故障時(shí)，易使IGBT通過較大電流。為防止導(dǎo)通電流過大使IGBT發(fā)生過熱 甚至損壞現(xiàn)象，需對(duì)IGBT進(jìn)行過流保護(hù)。
[0003] IGBT導(dǎo)通時(shí)，集電極C與發(fā)射極E之間的飽和導(dǎo)通壓降與通過IGBT的電流近似為正 比例關(guān)系，目前IGBT的驅(qū)動(dòng)忍片均根據(jù)此原理通過檢測飽和導(dǎo)通壓降間接的進(jìn)行過流檢 。運(yùn)些忍片將IGBT的集電極C通過一個(gè)二極管與忍片的過流保護(hù)引腳(DESAT管腳)相連， 通過檢測飽和導(dǎo)通壓降進(jìn)一步判斷IGBT是否過流。最終接入驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)引腳的電壓 為：
[0004] U = Uce+Udl
[0005] 式中，Uce為飽和導(dǎo)通壓降，Udi為二極管的正向壓降。
[0006] 當(dāng)接入驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)引腳的電壓大于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)忍 片關(guān)斷IGB巧E動(dòng)信號(hào)，防止IGBT因過流導(dǎo)致過熱而損壞。過流點(diǎn)的飽和導(dǎo)通壓降為：
[0007] Uce = Udesa 廣 Udl
[000引式中，Udesat為驅(qū)動(dòng)忍片DESAT管腳過流保護(hù)啟動(dòng)電壓值。
[0009] 為了調(diào)節(jié)過流點(diǎn)，目前均采用多個(gè)二極管串聯(lián)的方式。多個(gè)二極管串聯(lián)時(shí)，過流點(diǎn) 的飽和導(dǎo)通壓降為：
[0010] Uce = UdesalHJd 廣 Ud2-----Udn
[0011] 二極管正向?qū)ê?，其正向壓降保持基本恒定，如娃二極管正向壓降為0.7V，錯(cuò)二 極管正向壓降為0.3V。通過調(diào)節(jié)二極管的數(shù)量和類型可改變過流點(diǎn)，但運(yùn)種方法存在W下 缺陷：一過流保護(hù)點(diǎn)斷續(xù)，不是連續(xù)可調(diào)的；二過流保護(hù)點(diǎn)無法準(zhǔn)確調(diào)節(jié);=設(shè)置新過流點(diǎn) 時(shí)需更改硬件電路，不利于現(xiàn)場更改參數(shù)。
[0012] 為了擴(kuò)大過流點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍，文獻(xiàn)《IGBT的驅(qū)動(dòng)和過流保護(hù)電路的研究》提出了二極 管和電阻串聯(lián)的方式改變過流點(diǎn)；文獻(xiàn)《EXB841對(duì)IGBT的過流保護(hù)研究》提出了二極管和穩(wěn) 壓管串聯(lián)的方式改變過流點(diǎn)。但運(yùn)些方法只能降低過流點(diǎn)，不能提高過流點(diǎn)，存在調(diào)節(jié)盲 區(qū)。
[OOU]當(dāng)產(chǎn)品對(duì)IGBT過流保護(hù)點(diǎn)有一致性和準(zhǔn)確性要求時(shí)，無法通過現(xiàn)有電路設(shè)計(jì)對(duì)過 流點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)、雙向調(diào)節(jié)，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種IGBT過流檢測電路。通過本發(fā)明的電路設(shè) 計(jì)，一方面可準(zhǔn)確的提高或降低過流點(diǎn)，另一方面無需更改硬件電路，可在現(xiàn)場實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)參 數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的在于提供一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路及其實(shí)現(xiàn)方 法，該電路可比例放大或縮小IGBT集電極與發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降，通過飽和導(dǎo)通壓降 來判斷IGBT是否過電流，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT過流點(diǎn)的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測 電路，包括IGBT、第一二極管、第二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器、第一至九電阻、第一可 調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻和驅(qū)動(dòng)忍片;所述IGBT集電極與第一二極管陰極連接，所述第一二極 管陽極接入由第一運(yùn)算放大器與第一電阻、第二電阻構(gòu)成的第一電壓跟隨電路，所述第一 運(yùn)算放大器的輸出端接入由第二運(yùn)算放大器與第=電阻、第四電阻、第五電阻構(gòu)成的第一 反相比例放大電路，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端接入由第=運(yùn)算放大器、第一可調(diào)電阻、 第二可調(diào)電阻、第六電阻構(gòu)成的第二反相比例放大電路，所述第=運(yùn)算放大器的輸出端接 入由第四運(yùn)算放大器、第屯電阻、第八電阻構(gòu)成的第二電壓跟隨電路，所述第四運(yùn)算放大器 的輸出端經(jīng)第九電阻連接至第二二極管陰極，第二二極管陽極與所述驅(qū)動(dòng)忍片的過流保護(hù) 端連接。
[0016] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一至第九電阻阻值相同。
[0017] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一電壓跟隨電路連接關(guān)系如下：第一運(yùn)算放大器的 正相輸入端與第一電阻的一端連接，第一運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第二電阻連接至第一 運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第一電阻的另一端作為第一電壓跟隨電路的輸入端，第一運(yùn)算 放大器的輸出端作為第一電壓跟隨電路的輸出端。
[0018] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第一反相比例放大電路連接關(guān)系如下：第二運(yùn)算放大 器的正相輸入端連接第=電阻的一端，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與第四電阻的一端連 接，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端還經(jīng)第五電阻連接至第二運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第 =電阻的另一端、第四電阻的另一端分別作為第一反相比例放大電路的第一輸入端、第二 輸入端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端連接至第一反相比例放大電路的第二輸入端，第二 運(yùn)算放大器的輸出端作為第一反相比例放大電路的輸出端。
[0019] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第二反相比例放大電路連接關(guān)系如下：第=運(yùn)算放大 器的正相輸入端連接第六電阻的一端，第=運(yùn)算放大器的反相輸入端與第一可調(diào)電阻的一 端連接，第=運(yùn)算放大器的反相輸入端還經(jīng)第二可調(diào)電阻連接至第=運(yùn)算放大器的輸出 端，其中，第六電阻的另一端、第一可調(diào)電阻的另一端分別作為第二反相比例放大電路的第 一輸入端、第二輸入端，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端連接至第二反相比例放大電路的第 二輸入端，第=運(yùn)算放大器的輸出端作為第二反相比例放大電路的輸出端。
[0020] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第二電壓跟隨電路連接關(guān)系如下：第四運(yùn)算放大器的 正相輸入端與第屯電阻的一端連接，第四運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第八電阻連接至第四 運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第屯電阻的另一端作為第二電壓跟隨電路的輸入端，第四運(yùn)算 放大器的輸出端作為第二電壓跟隨電路的輸出端。
[0021] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，該電路的參數(shù)設(shè)計(jì)方式如下，
[0022] 步驟1:根據(jù)設(shè)備保護(hù)需求設(shè)定IGBT過流保護(hù)啟動(dòng)的電流值；
[0023] 步驟2:根據(jù)IGBT集電極與發(fā)射極之間的飽和導(dǎo)通壓降與通過IGBT的電流近似為 正比例關(guān)系，確定IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降值；
[0024] 步驟3:完成驅(qū)動(dòng)忍片、第一至第二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器的選型；
[0025] 步驟4:根據(jù)驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)電壓設(shè)定值和IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降，確定 第二比例反相放大電路的變比值；
[00%]步驟5:完成第一、第二可調(diào)電阻型號(hào)選型，通過調(diào)節(jié)第一、第二可調(diào)電阻阻值，使 第二比例反相放大電路達(dá)到所需的變比值；
[0027]步驟6:相關(guān)設(shè)備帶電進(jìn)行過流保護(hù)測試，微調(diào)可調(diào)電阻阻值，使過流保護(hù)點(diǎn)達(dá)到 設(shè)計(jì)需求。
[00%]本發(fā)明還提供了一種如上所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路的實(shí)現(xiàn) 方法，具體實(shí)現(xiàn)如下，
[0029] 當(dāng)IGBT處于正常導(dǎo)通，設(shè)其飽和導(dǎo)通壓降為化6,則第一二極管陽極的電壓化為：
[0030] 化=Uce+Udl
[0031] 此時(shí)第一電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)IGBT的影響，第一運(yùn)算 放大器的輸出端電壓化為：
[0032] 化二化= Uce+Udl
[0033] 然后第一反相比例放大器將電壓進(jìn)行取反，第二運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為：
[0034] 化=-化= -(Uce+Udl)
[0035] 再而第二反相比例放大電路通過第一、第二可調(diào)電阻將線性比例放大或縮小電壓 化，第=運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為：
[0036]
[0037] 而后第二電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)驅(qū)動(dòng)忍片的影響，第四 運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為
[00；3 引
[0039] 由化W見W見IGBT飽和導(dǎo)通壓降經(jīng)過第一至第四運(yùn)算放大器組成的四級(jí)運(yùn)算放 大器電路調(diào)理后能夠比例放大或縮小；
[0040] 由于第四運(yùn)算放大器的輸出端連接第二二極管陰極，第二二極管陽極的電壓即接 入驅(qū)動(dòng)忍片的過流保護(hù)端的電壓U為：
[0041]
[0042] 當(dāng)電壓U小于驅(qū)動(dòng)私片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保護(hù)功能不啟動(dòng)，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào) 化正常，IGBT正常工作；當(dāng)電壓U大于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保護(hù)功能啟動(dòng)， IGB巧E動(dòng)信號(hào)化為低電平，IGBT關(guān)斷；
[0043] 當(dāng)電壓U等于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，此時(shí)IGBT飽和導(dǎo)通壓降對(duì)應(yīng)于 IGBT導(dǎo)通電流臨界過流點(diǎn)，其數(shù)值為：
[0044]
[0045] 通過調(diào)節(jié)第一、第二可調(diào)電阻的阻值，能夠連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和導(dǎo)通壓降， 從而實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)電流值的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0046] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0047] 1、過流點(diǎn)連續(xù)可調(diào)：
[004引與傳統(tǒng)方法相比，無需通過增加或減少二極管數(shù)量的方式斷續(xù)的調(diào)節(jié)過流點(diǎn)，而 是通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻阻值線性、連續(xù)的改變IGBT飽和導(dǎo)通壓降，最終實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)連續(xù)可調(diào)；
[0049] 2、過流點(diǎn)雙向可調(diào)：
[0050] 傳統(tǒng)方法只能通過增加二極管、電阻或穩(wěn)壓管的方式不斷降低過流點(diǎn)，而不能提 高過流點(diǎn)，無法實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)的雙向可調(diào)。本發(fā)明的電路可比例放大或縮小IGBT飽和導(dǎo)通壓 降，實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)雙向可調(diào)；
[0化1] 3、過流點(diǎn)準(zhǔn)確度高：
[0052]通過高精度運(yùn)算放大器和可調(diào)電阻，可使接入驅(qū)動(dòng)忍片的電壓值精度較高，從而 具有過流點(diǎn)準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢；
[0化3] 4、過流點(diǎn)一致性高：
[0054] 傳統(tǒng)方法由于二極管等器件存在性能差異等問題，且無法進(jìn)行微調(diào)，使各產(chǎn)品的 過流點(diǎn)一致性較低;本發(fā)明的電路可通過微調(diào)可調(diào)電阻阻值的方法進(jìn)一步修正過流點(diǎn)，使 產(chǎn)品的過流點(diǎn)一致性較高；
[0055] 5、可實(shí)時(shí)更改過流點(diǎn)參數(shù)設(shè)置：
[0056] 傳統(tǒng)方法使用的二極管、電阻或穩(wěn)壓管型號(hào)確定后，需更換硬件才可更改過流點(diǎn)， 不利于現(xiàn)場調(diào)節(jié)過流點(diǎn)參數(shù);本發(fā)明的電路只需更改可調(diào)電阻阻值，即可實(shí)時(shí)更改過流點(diǎn) 參數(shù)設(shè)置。
【附圖說明】
[0057] 圖1是本發(fā)明可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路圖。
[005引圖2是IGBT飽和導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流的關(guān)系圖。
[0059] 圖3是IGBT飽和導(dǎo)通壓降與各運(yùn)放電路輸出電壓的波形圖。
[0060] 圖4是IGBT飽和導(dǎo)通壓降、驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)引腳與驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出引腳的波形圖。
[0061] 圖5是過流點(diǎn)與可調(diào)電阻阻值的關(guān)系圖。
[0062] 圖6是電路參數(shù)設(shè)計(jì)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0064] 本發(fā)明的一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，包括IGBT、第一二極管、第 二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器、第一至九電阻、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻和驅(qū)動(dòng)忍 片;所述IGBT集電極與第一二極管陰極連接，所述第一二極管陽極接入由第一運(yùn)算放大器 與第一電阻、第二電阻構(gòu)成的第一電壓跟隨電路，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端接入由第 二運(yùn)算放大器與第=電阻、第四電阻、第五電阻構(gòu)成的第一反相比例放大電路，所述第二運(yùn) 算放大器的輸出端接入由第=運(yùn)算放大器、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻、第六電阻構(gòu)成的 第二反相比例放大電路，所述第=運(yùn)算放大器的輸出端接入由第四運(yùn)算放大器、第屯電阻、 第八電阻構(gòu)成的第二電壓跟隨電路，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)第九電阻連接至第二 二極管陰極，第二二極管陽極與所述驅(qū)動(dòng)忍片的過流保護(hù)端連接。
[0065] 所述第一至第九電阻阻值相同。
[0066] 所述第一電壓跟隨電路連接關(guān)系如下:第一運(yùn)算放大器的正相輸入端與第一電阻 的一端連接，第一運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第二電阻連接至第一運(yùn)算放大器的輸出端， 其中，第一電阻的另一端作為第一電壓跟隨電路的輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端作為 第一電壓跟隨電路的輸出端。所述第一反相比例放大電路連接關(guān)系如下：第二運(yùn)算放大器 的正相輸入端連接第=電阻的一端，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與第四電阻的一端連 接，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端還經(jīng)第五電阻連接至第二運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第 =電阻的另一端、第四電阻的另一端分別作為第一反相比例放大電路的第一輸入端、第二 輸入端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端連接至第一反相比例放大電路的第二輸入端，第二 運(yùn)算放大器的輸出端作為第一反相比例放大電路的輸出端。所述第二反相比例放大電路連 接關(guān)系如下：第=運(yùn)算放大器的正相輸入端連接第六電阻的一端，第=運(yùn)算放大器的反相 輸入端與第一可調(diào)電阻的一端連接，第=運(yùn)算放大器的反相輸入端還經(jīng)第二可調(diào)電阻連接 至第=運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第六電阻的另一端、第一可調(diào)電阻的另一端分別作為第 二反相比例放大電路的第一輸入端、第二輸入端，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端連接至第 二反相比例放大電路的第二輸入端，第=運(yùn)算放大器的輸出端作為第二反相比例放大電路 的輸出端。所述第二電壓跟隨電路連接關(guān)系如下：第四運(yùn)算放大器的正相輸入端與第屯電 阻的一端連接，第四運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第八電阻連接至第四運(yùn)算放大器的輸出 端，其中，第屯電阻的另一端作為第二電壓跟隨電路的輸入端，第四運(yùn)算放大器的輸出端作 為第二電壓跟隨電路的輸出端。
[0067] 本發(fā)明電路的參數(shù)設(shè)計(jì)方式如下，
[0068] 步驟1:根據(jù)設(shè)備保護(hù)需求設(shè)定IGBT過流保護(hù)啟動(dòng)的電流值；
[0069] 步驟2:根據(jù)IGBT集電極與發(fā)射極之間的飽和導(dǎo)通壓降與通過IGBT的電流近似為 正比例關(guān)系，確定IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降值；
[0070] 步驟3:完成驅(qū)動(dòng)忍片、第一至第二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器的選型；
[0071] 步驟4:根據(jù)驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)電壓設(shè)定值和IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降，確定 第二比例反相放大電路的變比值；
[0072] 步驟5:完成第一、第二可調(diào)電阻型號(hào)選型，通過調(diào)節(jié)第一、第二可調(diào)電阻阻值，使 第二比例反相放大電路達(dá)到所需的變比值；
[0073] 步驟6:相關(guān)設(shè)備帶電進(jìn)行過流保護(hù)測試，微調(diào)可調(diào)電阻阻值，使過流保護(hù)點(diǎn)達(dá)到 設(shè)計(jì)需求。
[0074] 本發(fā)明還提供了一種如上所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路的實(shí)現(xiàn) 方法，具體實(shí)現(xiàn)如下，
[0075] 當(dāng)IGBT處于正常導(dǎo)通，設(shè)其飽和導(dǎo)通壓降為化6,則第一二極管陽極的電壓化為：
[0076] 化=Uce+Udl
[0077] 此時(shí)第一電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)IGBT的影響，第一運(yùn)算 放大器的輸出端電壓化為：
[007引化二化= Uce+Udl
[0079] 然后第一反相比例放大器將電壓進(jìn)行取反，第二運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為：
[0080] 化=-化= -(Uce+Udl)
[0081] 再而第二反相比例放大電路通過第一、第二可調(diào)電阻將線性比例放大或縮小電壓 化，第=運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為：
[0082]
[0083] 而后第二電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)驅(qū)動(dòng)忍片的影響，第四 運(yùn)算放大器的輸出端電壓化為
[0084]
[0085] 由此可見可見IGBT飽和導(dǎo)通壓降經(jīng)過第一至第四運(yùn)算放大器組成的四級(jí)運(yùn)算放 大器電路調(diào)理后能夠比例放大或縮??；
[0086] 由于第四運(yùn)算放大器的輸出端連接第二二極管陰極，第二二極管陽極的電壓即接 入驅(qū)動(dòng)忍片的過流保護(hù)端的電壓U為：
[0087]
[008引當(dāng)電壓U小于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保護(hù)功能不啟動(dòng)，IGB巧區(qū)動(dòng)信號(hào) 化正常，IGBT正常工作；當(dāng)電壓U大于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保護(hù)功能啟動(dòng)， IGB巧E動(dòng)信號(hào)化為低電平，IGBT關(guān)斷；
[0089] 當(dāng)電壓U等于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，此時(shí)IGBT飽和導(dǎo)通壓降對(duì)應(yīng)于 IGBT導(dǎo)通電流臨界過流點(diǎn)，其數(shù)值為：
[0090]
[0091] 通過調(diào)節(jié)第一、第二可調(diào)電阻的阻值，能夠連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和導(dǎo)通壓降， 從而實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)電流值的連續(xù)調(diào)節(jié)。
[0092] W下為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程。
[0093] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，包括IGBT、 二極管化、運(yùn)算放大器化、化、化、N4,可調(diào)電阻Ri、R2,驅(qū)動(dòng)忍片ICi, W及其它電阻R。所述 IGBT集電極與二極管化的陰極聯(lián)接;所述二極管化陽極接入由運(yùn)算放大器化和電阻R構(gòu)成的 電壓跟隨電路;所述運(yùn)算放大器化的輸出端接入由運(yùn)算放大器化和電阻財(cái)勾成的反相比例放 大電路;所述運(yùn)算放大器化的輸出端接入由運(yùn)算放大器化，可調(diào)電阻Ri、R2, W及電阻R構(gòu)成 的反相比例放大電路;所述運(yùn)算放大器化的輸出端接入由運(yùn)算放大器N4和電阻財(cái)勾成的電壓 跟隨電路;所述運(yùn)算放大器N4的輸出端接入二極管化的陰極;所述二極管化的陽極接入驅(qū)動(dòng) 忍片ICi的肥SAT管腳。
[0094] IGBT飽和導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流的關(guān)系如圖2所示，可見IGBT飽和導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通 電流呈近似線性關(guān)系，可通過檢測IGBT飽和導(dǎo)通壓降實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT導(dǎo)通電流的監(jiān)測。當(dāng)IGBT 正常導(dǎo)通時(shí)，設(shè)其飽和導(dǎo)通壓降為化e，則二極管化陽極的電壓化為：
[0095] 化=Uce+Udl (1)
[0096] 運(yùn)算放大器化和電阻R構(gòu)成的電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì) IGBT的影響，運(yùn)算放大器化輸出端的電壓化為：
[0097] 化二化= Uce+Udi (2)
[0098] 運(yùn)算放大器化和電阻財(cái)勾成的反相比例放大電路將電壓進(jìn)行取反，運(yùn)算放大器化輸 出端的電壓化為：
[0099] 化=-化= -(Uce+Udi) (3)
[0100] 運(yùn)算放大器化，可調(diào)電阻Ri、R2和電阻R構(gòu)成的反相比例放大電路將線性比例放大 或縮小電壓化，其輸出端電壓化為：
[0101]
(斗)
[0102] 運(yùn)算放大器N4和電阻R構(gòu)成的電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)驅(qū) 動(dòng)忍片ICl的影響，運(yùn)算放大器N4輸出端的電壓化為
[0103]
(5)
[0104] W上運(yùn)算放大器輸出端的電比波形如圖3所示，可見IGBT飽和導(dǎo)通壓降經(jīng)過四級(jí) 運(yùn)算放大器電路調(diào)理后可比例放大或縮小。
[0105] 由于運(yùn)算放大器N4輸出端聯(lián)接二極管化陰極，則二極管化陽極的電壓即接入驅(qū)動(dòng) 忍片ICi肥SAT管腳的由壓U為：
[0106]
(6)
[0107] 如圖4所示，當(dāng)電壓U小于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保護(hù)功能不啟動(dòng)， IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)化正常，IGBT正常工作；當(dāng)電壓U大于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，保 護(hù)功能啟動(dòng)，IGB巧E動(dòng)信號(hào)化為低電平，IGBT關(guān)斷。
[0108] 當(dāng)電壓U等于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓Udesat時(shí)，此時(shí)飽和導(dǎo)通壓降對(duì)應(yīng)于IGBT 導(dǎo)通電流臨界過流點(diǎn)，其數(shù)值為：
[0109]
Cl)
[0110] 根據(jù)公式（7)和圖2內(nèi)容可知，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Ri、R2的阻值，可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的飽和導(dǎo)通壓降，從而實(shí)現(xiàn)過流點(diǎn)電流值的連續(xù)調(diào)節(jié)。如圖5所示，共有=種調(diào)節(jié)方式： 固定Ri的阻值、調(diào)節(jié)化的阻值;固定化的阻值、調(diào)節(jié)Ri的阻值；同時(shí)調(diào)節(jié)化、R2的阻值。
[0111] 根據(jù)公式（1)-(7)的推導(dǎo)可知，所述IGBT集電極與發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降可進(jìn) 行線性比例放大或縮小;所述驅(qū)動(dòng)忍片的過流保護(hù)端測量放大或縮小后的飽和導(dǎo)通壓降電 壓值，當(dāng)大于驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)電壓設(shè)定值時(shí)，判斷IGBT過流并進(jìn)行閉鎖保護(hù);所述電壓跟 隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)IGBT和驅(qū)動(dòng)忍片的影響;所述反相比例放大電路 在電路中起線性比例放大或縮小的作用，通過改變電路中可調(diào)電阻阻值實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT過流點(diǎn) 的線性、連續(xù)、雙向調(diào)節(jié)。
[0112] 本發(fā)明提供的一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路的參數(shù)設(shè)計(jì)，其特征在 于，包含W下步驟：
[0113] 步驟1:根據(jù)設(shè)備保護(hù)需求設(shè)定IGBT過流保護(hù)啟動(dòng)的電流值；
[0114] 步驟2:根據(jù)IGBT集電極與發(fā)射極之間的飽和導(dǎo)通壓降與通過IGBT的電流近似為 正比例關(guān)系，確定IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降值。
[0115] 步驟3:完成二極管、驅(qū)動(dòng)忍片、運(yùn)算放大器的選型。
[0116] 步驟4:根據(jù)驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)電壓設(shè)定值和IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降，確定 比例反相放大電路的變比值。
[0117] 步驟5:完成可調(diào)電阻型號(hào)選型，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻阻值，使反相比例放大電路達(dá) 到所需的變比值。
[0118] 步驟6:相關(guān)設(shè)備帶電進(jìn)行過流保護(hù)測試，微調(diào)可調(diào)電阻阻值，使過流保護(hù)點(diǎn)達(dá)到 設(shè)計(jì)需求。
[0119] 如圖6所示，首選根據(jù)設(shè)備的過流保護(hù)要求設(shè)定IGBT過流點(diǎn)的電流值;然后查閱所 使用IGBT型號(hào)的器件資料，根據(jù)此型號(hào)IGBT飽和導(dǎo)通壓降與IGBT導(dǎo)通電流的關(guān)系圖，確定 過流點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和導(dǎo)通壓降化e;選取二極管、驅(qū)動(dòng)忍片和運(yùn)算放大器的型號(hào)，確定二極管的 正向壓降化dl、Ud2)、驅(qū)動(dòng)忍片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓化desat)、運(yùn)算放大器輸出電壓范圍（各運(yùn)算 放大器輸出電壓不應(yīng)超過其輸出范圍）等;根據(jù)運(yùn)算放大器輸入電流和功率的要求，確定電 壓跟隨電路和第一個(gè)反相比例放大電路所使用的電阻阻值，可選取kQ級(jí)，如IOkQ ;根據(jù) Udesat、Udl、Ud2和化e大小，由公式(7)計(jì)算確定第二個(gè)反相比例放大電路的變化值，確定可調(diào) 電阻Ri、R2的比例關(guān)系；選取電阻阻值調(diào)節(jié)模式，例如可選取固定Ri阻值為IOk Q左右、根據(jù) 比例關(guān)系調(diào)節(jié)R2阻值的模式；確定電阻Ri、R2的型號(hào)和初始電阻阻值;如果設(shè)備對(duì)過流保護(hù) 準(zhǔn)確度要求較高，可將相關(guān)設(shè)備帶電進(jìn)行過流保護(hù)測試并微調(diào)可調(diào)電阻阻值，使過流保護(hù) 點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)需求。
[0120] 本發(fā)明可W非常方便地對(duì)IGBT過流點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，過流點(diǎn)電流值可根據(jù)現(xiàn)場需 求實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)置，具有雙向可調(diào)、準(zhǔn)確度高、一致性高等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)置過程只需調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 阻值，無需更改電路硬件電路，無需增加或減少電子器件。當(dāng)電源、變頻器、電機(jī)等電力電子 產(chǎn)品對(duì)IGBT過流保護(hù)有較高的一致性、準(zhǔn)確度要求時(shí)，通過本發(fā)明的電路設(shè)計(jì)，一方面可準(zhǔn) 確的設(shè)置過流點(diǎn)，另一方面可在現(xiàn)場實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)、便于參數(shù)修正。此外，可將本發(fā)明的電 路設(shè)計(jì)適用于多種IGBT驅(qū)動(dòng)忍片；同時(shí)可通過半導(dǎo)體制成設(shè)計(jì)出新的IGBT驅(qū)動(dòng)忍片，在新 驅(qū)動(dòng)忍片外圍只需增加可調(diào)電阻即可實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)點(diǎn)連續(xù)可調(diào)的目標(biāo)。
[0121] W上對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，W上所述 僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作 的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于：包括IGBT、第一二極管、 第二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器、第一至九電阻、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻和驅(qū)動(dòng) 芯片;所述IGBT集電極與第一二極管陰極連接，所述第一二極管陽極接入由第一運(yùn)算放大 器與第一電阻、第二電阻構(gòu)成的第一電壓跟隨電路，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端接入由 第二運(yùn)算放大器與第三電阻、第四電阻、第五電阻構(gòu)成的第一反相比例放大電路，所述第二 運(yùn)算放大器的輸出端接入由第三運(yùn)算放大器、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻、第六電阻構(gòu)成 的第二反相比例放大電路，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端接入由第四運(yùn)算放大器、第七電 阻、第八電阻構(gòu)成的第二電壓跟隨電路，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)第九電阻連接至 第二二極管陰極，第二二極管陽極與所述驅(qū)動(dòng)芯片的過流保護(hù)端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于:所述第 一至第九電阻阻值相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于:所述第 一電壓跟隨電路連接關(guān)系如下：第一運(yùn)算放大器的正相輸入端與第一電阻的一端連接，第 一運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第二電阻連接至第一運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第一電阻 的另一端作為第一電壓跟隨電路的輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端作為第一電壓跟隨電 路的輸出端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于:所述第 一反相比例放大電路連接關(guān)系如下：第二運(yùn)算放大器的正相輸入端連接第三電阻的一端， 第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與第四電阻的一端連接，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端還經(jīng) 第五電阻連接至第二運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第三電阻的另一端、第四電阻的另一端分 別作為第一反相比例放大電路的第一輸入端、第二輸入端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端 連接至第一反相比例放大電路的第二輸入端，第二運(yùn)算放大器的輸出端作為第一反相比例 放大電路的輸出端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于:所述第 二反相比例放大電路連接關(guān)系如下：第三運(yùn)算放大器的正相輸入端連接第六電阻的一端， 第三運(yùn)算放大器的反相輸入端與第一可調(diào)電阻的一端連接，第三運(yùn)算放大器的反相輸入端 還經(jīng)第二可調(diào)電阻連接至第三運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第六電阻的另一端、第一可調(diào)電 阻的另一端分別作為第二反相比例放大電路的第一輸入端、第二輸入端，所述第二運(yùn)算放 大器的輸出端連接至第二反相比例放大電路的第二輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端作為 第二反相比例放大電路的輸出端。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于:所述第 二電壓跟隨電路連接關(guān)系如下：第四運(yùn)算放大器的正相輸入端與第七電阻的一端連接，第 四運(yùn)算放大器的反相輸入端經(jīng)第八電阻連接至第四運(yùn)算放大器的輸出端，其中，第七電阻 的另一端作為第二電壓跟隨電路的輸入端，第四運(yùn)算放大器的輸出端作為第二電壓跟隨電 路的輸出端。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路，其特征在于：該 電路的參數(shù)設(shè)計(jì)方式如下， 步驟1:根據(jù)設(shè)備保護(hù)需求設(shè)定IGBT過流保護(hù)啟動(dòng)的電流值； 步驟2:根據(jù)IGBT集電極與發(fā)射極之間的飽和導(dǎo)通壓降與通過IGBT的電流近似為正比 例關(guān)系，確定IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降值； 步驟3:完成驅(qū)動(dòng)芯片、第一至第二二極管、第一至第四運(yùn)算放大器的選型； 步驟4:根據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片過流保護(hù)電壓設(shè)定值和IGBT過流時(shí)刻的飽和導(dǎo)通壓降，確定第二 比例反相放大電路的變比值； 步驟5:完成第一、第二可調(diào)電阻型號(hào)選型，通過調(diào)節(jié)第一、第二可調(diào)電阻阻值，使第二 比例反相放大電路達(dá)到所需的變比值； 步驟6:相關(guān)設(shè)備帶電進(jìn)行過流保護(hù)測試，微調(diào)可調(diào)電阻阻值，使過流保護(hù)點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì) 需求。8. -種如權(quán)利要求1至7所述的可連續(xù)調(diào)節(jié)過流點(diǎn)的IGBT過流檢測電路的實(shí)現(xiàn)方法，其 特征在于:具體實(shí)現(xiàn)如下， 當(dāng)IGBT處于正常導(dǎo)通，設(shè)其飽和導(dǎo)通壓降為Uce，則第一二極管陽極的電壓山為： Ul - Uce+Udl 此時(shí)第一電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)IGBT的影響，第一運(yùn)算放大 器的輸出端電壓U2為： U2 = Ul = Uce+Udl 然后第一反相比例放大器將電壓進(jìn)行取反，第二運(yùn)算放大器的輸出端電壓U3為： U3 = _U2 = _(Uce+Udl ) 再而第二反相比例放大電路通過第一、第二可調(diào)電阻將線性比例放大或縮小電壓U3,第 三運(yùn)算放大器的輸出端電壓U4為：而后第二電壓跟隨電路在電路中起阻抗匹配作用，降低對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的影響，第四運(yùn)算 放大器的輸出端電壓U5為由此可見可見IGBT飽和導(dǎo)通壓降經(jīng)過第一至第四運(yùn)算放大器組成的四級(jí)運(yùn)算放大器 電路調(diào)理后能夠比例放大或縮??； 由于第四運(yùn)算放大器的輸出端連接第二二極管陰極，第二二極管陽極的電壓即接入驅(qū) 動(dòng)芯片的過流保護(hù)端的電壓U為：當(dāng)電壓U小于驅(qū)動(dòng)芯片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓UdesaJt，保護(hù)功能不啟動(dòng)，IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ug正 常，IGBT正常工作；當(dāng)電壓U大于驅(qū)動(dòng)芯片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓UdesaJt，保護(hù)功能啟動(dòng)，IGBT驅(qū) 動(dòng)信號(hào)Ug為低電平，IGBT關(guān)斷； 當(dāng)電壓U等于驅(qū)動(dòng)芯片過流保護(hù)啟動(dòng)電壓UdesaJt，此時(shí)IGBT飽和導(dǎo)通壓降對(duì)應(yīng)于IGBT 胃; 由瘡臨思?寸瘡占 _苴撒估先.
【文檔編號(hào)】G01R19/165GK106018934SQ201610619972
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】李超, 唐志軍, 林國棟, 晁武杰, 胡文旺, 郭健生
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院