CN103337836B - 一种大功率igbt温度采集保护电路 - Google Patents

一种大功率igbt温度采集保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率IGBT温度采集保护电路,包括用于采集IGBT元件温度的IGBT温度采集电路;以及接收IGBT温度采集电路输出的信号并进行处理的IGBT双单向滞环温度保护电路;IGBT温度采集电路包括用于采集IGBT元件温度的温度采集元件,温度采集元件将采集到的温度数据传输给用于滤波抗干扰的滤波电路,滤波电路将处理后的数据传输给差分负反馈电路进行隔离输出,输出温度电压信号;IGBT双单向滞环温度保护电路包括彼此并联的单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路,单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路分别通过各自的运算放大器接收来自IGBT温度采集电路输出的温度电压信号并进行处理。本发明实时检测IGBT温度,能及时采取保护措施,提高设备工作的可靠性。

Description

一种大功率IGBT温度采集保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子保护领域,尤其涉及一种大功率IGBT温度采集保护电路。
背景技术
自世界上第一只MOSFET及IGBT问世以来,电压控制型电力电子器件特别是IGBT正经历一个飞速发展的过程。IGBT单模块器件的电压越做越高,电流越做越大。同时,与之配套的驱动器件也得到了大力发展。随着器件应用领域越来越广,电源设备变换功率越来越大,对于IGBT温度采集及保护方面已经有很多的方法,但由于高压IGBT功率高频工作时,产生的di/dt,dv/dt容易对采集电路产生干扰及损坏,因此需要采取抗干扰能力强的隔离方式采集温度并能及时的保护。
IGBT作为一种大功率的复合器件,随着IGBT功率增大,开关损耗以及导通损耗增大,使得IGBT的结温升高,当IGBT结温超过175度时,IGBT损坏,因此需要合理的设计散热,当IGBT电流过大时散热器件不能及时将热量散出去,IGBT就会烧坏。
一种IGBT模块过温保护电路(专利号2010201111182.7),此模块保护单独加隔离电源,使得电路复杂且可靠性降低,提高成本,滞环比较电路未采用单相滞环保护电路,由于电阻的温漂原因,保护的精度及可靠性不理想。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种大功率IGBT温度采集保护电路,它具有实时检测IGBT温度,且能及时采取保护措施,可以提高设备工作的可靠性的优点。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种大功率IGBT温度采集保护电路,包括
用于采集IGBT元件温度的IGBT温度采集电路;以及
接收所述IGBT温度采集电路输出的信号并进行处理的IGBT双单向滞环温度保护电路;
所述IGBT温度采集电路包括
用于采集IGBT元件温度的温度采集元件,所述温度采集元件将采集到的温度数据传输给用于滤波抗干扰的滤波电路,所述滤波电路将处理后的数据传输给差分负反馈电路进行隔离输出,输出温度电压信号;
所述IGBT双单向滞环温度保护电路包括
彼此并联的单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路,所述单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路分别通过各自的运算放大器接收来自所述IGBT温度采集电路输出的温度电压信号并进行保护处理。
所述温度采集元件为负温度系数热敏电阻NTC1;
所述滤波电路包括滤波电感L1、滤波电感L2、电容C6、电阻R13;
所述差分负反馈电路包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和TL084运算放大器U2A;所述负温度系数热敏电阻NTC1的两端分别连接到滤波电感L1的第一端部和滤波电感L2的第一端部,所述电容C6分别连接到滤波电感L1的第二端部和滤波电感L2的第二端部,所述滤波电感L1的第二端部接地,所述滤波电感L2的第二端部通过电阻R13接-15V电源,所述滤波电感L1的第二端部还通过电阻R18连接到TL084运算放大器U2A的同相输入端,所述滤波电感L2的第二端部还通过电阻R16连接到TL084运算放大器U2A的反相输入端,所述TL084运算放大器U2A的同相输入端还通过电阻R15接地,所述TL084运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R19连接TL084运算放大器U2A的输出端。
所述单向滞环低温保护电路包括电容C7,所述电容C7并联到热敏电阻RT1两端,所述热敏电阻RT1的第一端部接地,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R20接+15V电源,所述热敏电阻RT1的第二端部接LM2904运算放大器U3A同相输入端,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R24连接到双向二极管D4的第一输入端,所述LM2904运算放大器U3A反相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3A输出端连接到双向二极管D4的输出端上,所述双向二极管D4的第二输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接。
所述高温单向保护电路包括电阻R23、电阻R25、热敏电阻RT2、LM2904运算放大器、电容C8和双向二极管D5,所述双向二极管D5的第一输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接,所述双向二极管D5的第二输入端通过电阻R25接地,所述双向二极管D5的输出端与LM2904运算放大器U3B的输出端连接,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3B的反相输入端通过电容C8接地,所述电容C8与热敏电阻RT2并联,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端还通过电阻R23连接到+15V电源上。
所述差分负反馈电路的TL084运算放大器U2A的输出端输出的温度电压信号传输给所述单向滞环低温保护电路的LM2904运算放大器U3A反相输入端和所述高温单向保护电路的LM2904运算放大器U3B的同相输入端。
所述滤波电感L1、L2为100uH电感感量,C6为50V100nF电容容量,R13电阻阻值为15千欧,R18、R16、R19、R15电阻阻值为10千欧。
所述运算放大器U3A、运算放大器U3B为LM2904的运算放大器,双向二极管D4、双向二极管D5为BAV70W,电阻R20阻值为3.01千欧,电阻R24、电阻R25阻值为30.1千欧,电阻R22、电阻R23阻值为15千欧,电容C7、电容C8为50V100nF电容容值。
负温度系数热敏电阻,在不同的温度有不同的阻值,在低温时阻值高,高温时阻值低,负温度系数热敏电阻NTC1与电阻R13分压得到的电压值送入差分电路进行隔离输出。
本发明的有益效果:
1实时检测IGBT温度,且能及时采取保护措施,可以提高设备工作的可靠性。
2不需要单独提供电源就可以实现隔离及抗干扰,采用双单向滞环保护可提高保护的精度及可靠性,实现对IGBT可靠的保护。
附图说明
图1为一种IGBT温度采集原理图;
图2为一种IGBT双单向滞环温度保护原理图;
其中,NTC1为负温度系数热敏电阻,L1、L2为滤波电感,C6为电容,R13、R16、R18、R15、R19为电阻,U2A、U3A、U3B为运算放大器,RT1、RT2为热敏电阻,R20、R22、R23、R24、R25为电阻,D4、D5为双向二极管,C7、C8为电容。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明是一种大功率IGBT温度采集保护的方法,为防止IGBT结温过高损坏IGBT以及温度采集受干扰,通过差分采集及双单向滞环的温度保护方法。
如图1所示,一种大功率IGBT温度采集保护电路,包括
用于采集IGBT元件温度的IGBT温度采集电路;以及
接收所述IGBT温度采集电路输出的信号并进行处理的IGBT双单向滞环温度保护电路;
所述IGBT温度采集电路包括
用于采集IGBT元件温度的温度采集元件,所述温度采集元件将采集到的温度数据传输给用于滤波抗干扰的滤波电路,所述滤波电路将处理后的数据传输给差分负反馈电路进行隔离输出,输出温度电压信号;
所述IGBT双单向滞环温度保护电路包括
彼此并联的单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路,所述单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路分别通过各自的运算放大器接收来自所述IGBT温度采集电路输出的温度电压信号并进行保护处理。
所述温度采集元件为负温度系数热敏电阻NTC1;
所述滤波电路包括滤波电感L1、滤波电感L2、电容C6、电阻R13;
所述差分负反馈电路包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和TL084运算放大器U2A;所述负温度系数热敏电阻NTC1的两端分别连接到滤波电感L1的第一端部和滤波电感L2的第一端部,所述电容C6分别连接到滤波电感L1的第二端部和滤波电感L2的第二端部,所述滤波电感L1的第二端部接地,所述滤波电感L2的第二端部通过电阻R13接-15V电源,所述滤波电感L1的第二端部还通过电阻R18连接到TL084运算放大器U2A的同相输入端,所述滤波电感L2的第二端部还通过电阻R16连接到TL084运算放大器U2A的反相输入端,所述TL084运算放大器U2A的同相输入端还通过电阻R15接地,所述TL084运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R19连接TL084运算放大器U2A的输出端。
一种IGBT温度采集原理图,IGBT温度采集部分由负温度系数热敏电阻NTC1、滤波电感L1、滤波电感L2、电容C6、电阻R13、电阻R16、电阻R18、电阻R15、电阻R19、运算放大器U2A组成,L1、L2为滤波电感,U2A为运算放大器TL084,NTC1是负温度系数热敏电阻,在不同的温度有不同的阻值,在低温时阻值高,高温时阻值低,负温度系数热敏电阻NTC1与电阻R13分压得到的电压值送入差分电路进行隔离输出。
当负温度系数热敏电阻NTC1阻值变化时,负温度系数热敏电阻NTC1阻值低时温度高,阻值大时温度低,负温度系数热敏电阻NTC1的阻值与电阻R13形成分压,将负温度系数热敏电阻NTC1电流信号变为负电压信号,此电压信号经过电阻R16,电阻R18,运算放大器U2A组成的差分负反馈电路,运算放大器U2A第一脚输出正的温度电压信号TA。
如图2所示,所述单向滞环低温保护电路包括电容C7,所述电容C7并联到热敏电阻RT1两端,所述热敏电阻RT1的第一端部接地,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R20接+15V电源,所述热敏电阻RT1的第二端部接LM2904运算放大器U3A同相输入端,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R24连接到双向二极管D4的第一输入端,所述LM2904运算放大器U3A反相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3A输出端连接到双向二极管D4的输出端上,所述双向二极管D4的第二输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接。
所述高温单向保护电路包括电阻R23、电阻R25、热敏电阻RT2、LM2904运算放大器、电容C8和双向二极管D5,所述双向二极管D5的第一输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接,所述双向二极管D5的第二输入端通过电阻R25接地,所述双向二极管D5的输出端与LM2904运算放大器U3B的输出端连接,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3B的反相输入端通过电容C8接地,所述电容C8与热敏电阻RT2并联,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端还通过电阻R23连接到+15V电源上。
所述差分负反馈电路的TL084运算放大器U2A的输出端输出的温度电压信号传输给所述单向滞环低温保护电路的LM2904运算放大器U3A反相输入端和所述高温单向保护电路的LM2904运算放大器U3B的同相输入端。
所述滤波电感L1、滤波电感L2为100uH电感感量,电容C6为50V100nF电容容量,电阻R13阻值为15千欧,电阻R18、电阻R16、电阻R19、电阻R15阻值为10千欧。
所述运算放大器U3A、运算放大器U3B为LM2904的运算放大器,双向二极管D4、双向二极管D5为BAV70W,电阻R20阻值为3.01千欧,电阻R24、电阻R25阻值为30.1千欧,电阻R22、电阻R23阻值为15千欧,电容C7、电容C8为50V100nF电容容值。
如图2所示,IGBT双单向滞环温度保护部分由,运算放大器U3A、热敏电阻RT1、电阻R20、电阻R24、双向二极管D4组成单向滞环低温保护部分,运算放大器U3A、运算放大器U3B为比较器,热敏电阻RT1为设定低温保护阻值,运算放大器U3B、双向二极管D5、电阻R25、电阻R23、热敏电阻RT2组成高温单向保护部分,其中保护低电平通过电阻R22上拉。
一种IGBT双单向滞环温度保护原理图,低温时,负温度系数热敏电阻NTC1阻值大,当温度TA信号到达运算放大器U3A的第2脚后,以及运算放大器U3B的第5脚,TA与运算放大器U3A的第3脚比较,TA与运算放大器U3B第6脚比较,运算放大器U3A第3脚的电压值是通过电阻R20与热敏电阻RT1分压得到低温保护参考值,运算放大器U3B的第6脚的电压值是,电阻R23与热敏电阻RT2分压得到的,当TA电压大于运算放大器U3A第3脚后,TA大于运算放大器U3B第6脚时,运算放大器U3A第1脚为低电平,运算放大器U3B第7脚为高电平,由于双向二极管D5反向,因此运算放大器U3A输出低电平通过电阻R22上拉后输出温度保护信号;高温时,负温度系数热敏电阻NTC阻值小,当温度TA信号到达运算放大器U3A的第2脚后,也即TA的温度降低到最低点,以及TA与运算放大器U3B的第5脚,TA与运算放大器U3A的第3脚比较,TA与运算放大器U3B第6脚比较,运算放大器U3A第3脚的电压值是通过电阻R20与热敏电阻RT1分压得到低温保护参考值,运算放大器U3B的第6脚的电压值是,运算放大器R23与热敏电阻RT2分压得到的高温保护值,运算放大器U3A、热敏电阻RT1、电阻R20、电阻R24、双向二极管D4组成单向滞环低温保护,当温度到达设定最低温度点后,既保护,而当温度上升时则不会立即保护,有一个滞回时间。由当TA电压小于运算放大器U3A第3脚后,也即是IGBT温度升高,TA小于运算放大器U3B第6脚时,运算放大器U3A第一脚为高电平,运算放大器U3B第七脚为低电平,由于双向二极管D4反向,因此运算放大器U3B输出低电平通过电阻R22上拉后输出温度保护信号,电阻R24,双向二极管D4,电阻R25,双向二极管D5组成单向滞环电路。可实现温度达到IGBT最高保护值后立即保护,但是温度降低时有滞回区间。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种大功率IGBT温度采集保护电路,其特征是,包括
用于采集IGBT元件温度的IGBT温度采集电路;以及
接收所述IGBT温度采集电路输出的信号并进行处理的IGBT双单向滞环温度保护电路;
所述IGBT温度采集电路包括
用于采集IGBT元件温度的温度采集元件,所述温度采集元件将采集到的温度数据传输给用于滤波抗干扰的滤波电路,所述滤波电路将处理后的数据传输给差分负反馈电路进行隔离输出,输出温度电压信号;
所述IGBT双单向滞环温度保护电路包括
彼此并联的单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路,所述单向滞环低温保护电路和高温单向保护电路分别通过各自的运算放大器接收来自所述IGBT温度采集电路输出的温度电压信号并进行保护处理;
所述温度采集元件为负温度系数热敏电阻NTC1;
所述滤波电路包括滤波电感L1、滤波电感L2、电容C6、电阻R13;
所述差分负反馈电路包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19和TL084运算放大器U2A;所述负温度系数热敏电阻NTC1的两端分别连接到滤波电感L1的第一端部和滤波电感L2的第一端部,所述电容C6分别连接到滤波电感L1的第二端部和滤波电感L2的第二端部,所述滤波电感L1的第二端部接地,所述滤波电感L2的第二端部通过电阻R13接-15V电源,所述滤波电感L1的第二端部还通过电阻R18连接到TL084运算放大器U2A的同相输入端,所述滤波电感L2的第二端部还通过电阻R16连接到TL084运算放大器U2A的反相输入端,所述TL084运算放大器U2A的同相输入端还通过电阻R15接地,所述TL084运算放大器U2A的反相输入端通过电阻R19连接TL084运算放大器U2A的输出端;
所述单向滞环低温保护电路包括电容C7,所述电容C7并联到热敏电阻RT1两端,所述热敏电阻RT1的第一端部接地,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R20接+15V电源,所述热敏电阻RT1的第二端部接LM2904运算放大器U3A同相输入端,所述热敏电阻RT1的第二端部通过电阻R24连接到双向二极管D4的第一输入端,所述LM2904运算放大器U3A反相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3A输出端连接到双向二极管D4的输出端上,所述双向二极管D4的第二输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接。
2.如权利要求1所述的一种大功率IGBT温度采集保护电路,其特征是,所述高温单向保护电路包括电阻R23、电阻R25、热敏电阻RT2、LM2904运算放大器U3B、电容C8和双向二极管D5,所述双向二极管D5的第一输入端通过上拉电阻R22与+15V电源连接,所述双向二极管D5的第二输入端通过电阻R25接地,所述双向二极管D5的输出端与LM2904运算放大器U3B的输出端连接,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端接地,所述LM2904运算放大器U3B的反相输入端通过电容C8接地,所述电容C8与热敏电阻RT2并联,所述LM2904运算放大器U3B的同相输入端还通过电阻R23连接到+15V电源上。
3.如权利要求1所述的一种大功率IGBT温度采集保护电路,其特征是,所述滤波电感L1、滤波电感L2为100uH电感感量,电容C6为50V 100nF电容容量,电阻R13阻值为15千欧,电阻R18、电阻R16、电阻R19、电阻R15阻值为10千欧。
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