本發(fā)明涉及一種高壓大功率igbt模塊的檢測電路及其檢測方法，具體涉及一種高壓大功率igbt模塊的電流上升斜率檢測電路及其檢測方法。

背景技術(shù)：

隨著模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展和可關(guān)斷器件的發(fā)展，換流閥子模塊使用的igbt可關(guān)斷器件的功率和電壓等極都越來越高，因此其門極驅(qū)動條件也越來越高，而高壓大功率igbt的多重保護則顯得尤為的重要。模塊化多電平柔性直流輸電換流閥子模塊為半橋型或全橋型結(jié)構(gòu)，igbt驅(qū)動器必須具有igbt模塊短路故障和過流故障的檢測能力。而常規(guī)的igbt驅(qū)動器一般只有一種檢測通態(tài)壓降的過流故障保護，且已經(jīng)是在igbt模塊進入飽和區(qū)之后才進行igbt模塊的保護關(guān)斷操作，不能在開通過程中就對短路故障和過流故障的嚴重性進行預(yù)判，在故障電流未擴大時及時將igbt模塊關(guān)斷從而盡快保護igbt模塊不被損壞。此外，igbt模塊內(nèi)部的反并聯(lián)二極管存在反向恢復(fù)電流，過大的電流上升斜率會損壞igbt模塊的反并聯(lián)二極管。因此急需一種能夠檢測igbt模塊的電流上升斜率的方法和電路，以保證igbt能正常工作，而不會因為短路或過流故障而損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高壓大功率igbt模塊的電流上升率檢測電路及其檢測方法，檢測igbt開通過程中電流的上升斜率di/dt，從而提前保護igbt模塊不被過流損壞。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種高壓大功率igbt模塊的電流上升率檢測電路，所述檢測電路包括運算放大器、二極管、電阻、供電電源；其改進之處在于，所述運算放大器、二極管和電阻及供電電源用于檢測igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差，輸出5v或者0v的數(shù)字信號，用于igbt模塊的電流上升斜率的監(jiān)測，從而實現(xiàn)對igbt模塊的di/dt保護。

進一步的，所述二極管包括二極管d1和d2；所述電阻包括電阻r1～r5；所述電阻r2的一端與igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端連接，另一端與運算放大器的正相輸入端連接； 所述電阻r1的一端與運算放大器的正相輸入端連接，另一端與二極管d1的陰極、電阻r3的一端和運算放大器的正相輸入端連接；所述二極管d1的陽極與二極管d2的陰極與運算放大器的正相輸入端連接；二極管d2的陽極與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端連接；電阻r3的一端與運算放大器的正相輸入端連接，另一端與電阻r4的一端連接；所述電阻r4的一端與運算放大器的反相輸入端連接，另一端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端連接；所述電阻r5的一端與運算放大器的輸出端連接，另一端輸出電壓信號。

進一步的，所述運算放大器的反相輸入端、二極管d2的陽極和電阻r4的另一端均接地。

進一步的，所述igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端外接連接母排；所述igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端為電路的零勢點或低電位；所述運算放大器的反相輸入端電壓值為igbt模塊的電流上升斜率保護閾值的等效值。

本發(fā)明提供一種電流上升率檢測電路的檢測方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：

a、設(shè)置過igbt模塊的電流上升斜率的保護閾值，igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差由電路中流過igbt模塊的電流上升斜率和igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的雜散電感決定，電壓范圍在0-15v之間，根據(jù)用戶對igbt模塊開通保護要求設(shè)定，將igbt模塊的電流上升斜率保護閾值乘以igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的雜散電感得到的電壓值即為電路中igbt模塊的電流上升斜率保護閾值等效值使運算放大器的反相輸入端的電位固定；

b、當(dāng)igbt模塊的電流上升斜率小于設(shè)定的保護閾值，即igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差小于igbt模塊的電流上升斜率保護閾值等效值，igbt模塊工作正常，運算放大器同相輸入端的電位小于反相輸入端的電位，輸出低電平0v；

c、當(dāng)電路中因為某種原因，可為短路故障或過流故障發(fā)生，則igbt模塊開通電流的上升斜率會很大，igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端電位與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端的電位差會變大，運算放大器正相輸入端的電位升高，當(dāng)大于反相輸入端的電位，即超過設(shè)置的igbt模塊電流上升斜率保護閾值，運算放大器發(fā)生反相，輸出高電平5v；

d、檢測電路將輸出信號輸出至igbt模塊的驅(qū)動器，igbt模塊驅(qū)動器根據(jù)接收到流過igbt模塊的電流上升斜率值是否達到保護閾值，從而實現(xiàn)對igbt模塊電流上升斜率的監(jiān)測。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

本發(fā)明電路簡單，實施容易，結(jié)合檢測方法，可以實時監(jiān)測igbt模塊的電流上升斜率，通過與保護閾值比較，從而在故障發(fā)生后能夠更迅速的保護igbt模塊，而不會使igbt模塊損壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的高壓大功率igbt模塊的電流上升率檢測電路的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

igbt的功率極端子和控制極端子之間存在雜散電感，而igbt開通過程中電流的變化會在雜散電感上產(chǎn)生電壓，檢測該雜散電感上的電壓便可以推出電流的上升斜率。因此檢測igbt模塊的電流上升斜率在于檢測雜散電感上的電壓。igbt驅(qū)動端子集電極c(以下簡稱c)與功率端子集電極c(以下簡稱pc)之間的電壓差或者igbt驅(qū)動端子發(fā)射極e(以下簡稱e)與功率端子發(fā)射極e(以下簡稱pe)之間的電壓差即為功率極端子和控制極端子之間雜散電感上的電壓。由于igbt模塊的集電極c長期處于相對高電位，而發(fā)射極e處于低電位或者地電位。相比之下，檢測igbt模塊的功率端子發(fā)射極e與驅(qū)動端子的發(fā)射極pe之間的電壓差更容易實現(xiàn)。因此，可以設(shè)計檢測回路用于檢測igbt的e與pe之間電壓，從而實現(xiàn)igbt的電流上升斜率的檢測。

本發(fā)明提供一種高壓大功率igbt模塊的電流上升斜率的檢測電路，所述檢測電路包括運算放大器、二極管、電阻、供電電源；運算放大器、二極管和電阻及供電電源用于檢測igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差，輸出5v 或者0v的數(shù)字信號，使igbt驅(qū)動器用于igbt的控制保護。運算放大器、二極管和電阻及供電電源用于檢測pe極與e極之間的電壓差，輸出5v或者0v的數(shù)字信號，給igbt驅(qū)動器用于igbt的控制保護。e極定義為電路的零勢點或低電位，運算放大器的反相輸入端(圖中op1的負端)所示的電壓值即為igbt模塊的電流上升斜率保護閾值的等效值。當(dāng)pe極電位降低時時，運算放大器的正相輸入端電位發(fā)生改變，低于負相電壓閥值時，放大器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由原來的0v變?yōu)榱?v。igbt驅(qū)動器根據(jù)放大器的輸出值，可以對igbt的工作狀態(tài)進行保護動作。

二極管包括二極管d1和d2；所述電阻包括電阻r1～r5；所述電阻r2的一端與igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端連接，另一端與運算放大器的正相輸入端連接；所述電阻r1的一端與運算放大器的正相輸入端連接，另一端與二極管d1的陰極、電阻r3的一端和運算放大器的正相輸入端連接；所述二極管d1的陽極與二極管d2的陰極與運算放大器的正相輸入端連接；二極管d2的陽極與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端連接；電阻r3的一端與運算放大器的正相輸入端連接，另一端與電阻r4的一端連接；所述電阻r4的一端與運算放大器的反相輸入端連接，另一端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端連接；所述電阻r5的一端與運算放大器的輸出端連接，另一端輸出電壓信號。

運算放大器的反相輸入端、二極管d2的陽極和電阻r4的另一端均接地。

igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端外接連接母排；所述igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端為電路的零勢點或低電位；所述運算放大器的反相輸入端電壓值為電壓尖峰閾值。

本發(fā)明提供一種高壓大功率igbt模塊的過電壓尖峰檢測電路的檢測方法，包括：

將pe輸入端接至igbt模塊的功率輸入端子的發(fā)射極端子；e輸入端接至igbt模塊的驅(qū)動控制輸入端子的發(fā)射極端子。固定e端子的電位，設(shè)為零電位。如果假設(shè)igbt模塊工作時的雜散電感為零，則pe與e之間的電壓差為零，可認為是同一點，電路輸出一個不變的穩(wěn)定信號。由于實際電路中雜散電感的存在，igbt開通時，由于電路中di/dt的存在，電感上存在壓降，導(dǎo)致pe的電位降低，低于e電位。

a、設(shè)置過igbt模塊的電流上升斜率的保護閾值，igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差由電路中流過igbt模塊的電流上升斜率和igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的雜散電感決定，電壓范圍在0-15v之間，根據(jù)用戶對igbt模塊開通保護要求設(shè)定，將igbt模塊的電流上升斜率保護閾值乘以igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的雜散電感得到的電壓值即為電路中igbt模塊的電流上升斜率保護閾值等 效值使運算放大器的反相輸入端的電位固定；

b、當(dāng)igbt模塊的電流上升斜率小于設(shè)定的保護閾值，即igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端之間的電壓差小于igbt模塊的電流上升斜率保護閾值等效值，igbt模塊工作正常，運算放大器同相輸入端的電位小于反相輸入端的電位，輸出低電平0v；

c、當(dāng)電路中因為某種原因，可為短路故障或過流故障發(fā)生，則igbt模塊開通電流的上升斜率會很大，igbt模塊的功率發(fā)射極端子pe端電位與igbt模塊的驅(qū)動極發(fā)射極端子e端的電位差會變大，運算放大器正相輸入端的電位升高，當(dāng)大于反相輸入端的電位，即超過設(shè)置的igbt模塊電流上升斜率保護閾值，運算放大器發(fā)生反相，輸出高電平5v；

d、檢測電路將輸出信號輸出至igbt模塊的驅(qū)動器，igbt模塊驅(qū)動器根據(jù)接收到流過igbt模塊的電流上升斜率值是否達到保護閾值，從而實現(xiàn)對igbt模塊電流上升斜率的監(jiān)測以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。