CN103607102A - 一种igbt模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种IGBT模块及其控制方法，该IGBT模块中对每个IGBT芯片设置电流检测单元，通过对IGBT模块中各个IGBT芯片输出电流的监控，起到精确控制IGBT输出电流的效果，从而避免了IBGT模块因电流输出异常导致的IGBT芯片损坏问题。

Description

一种IGBT模块及其控制方法

技术领域

本发明属于电子电路的设计领域，尤其是一种具有电流检测功能的IGBT模块及其控制方法。

背景技术

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz频率范围内,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

现有通常意义上的IGBT模块均为具有单一功能的IGBT模块，请参见图1，图1是一种现有的IGBT模块的电路示意图。如图所示，该IGBT模块包括多个IGBT芯片，这些IGBT芯片并联连接，所有IGBT芯片的发射极e互连，集电极c互连、栅极g互连，再分别通过统一的电极端子引出，构成典型的IGBT模块。这种IGBT模块功能单一，并且缺少对输出电流的精确检测，制约了其应用领域。

比如在现代变频逆变领域中，需要模块内部具有各种监控检测功能，需要精确监控流过的电流，时时监控模块的电流通流能力，一旦模块电流输出出现故障，及时反馈给外部控制电路，切断模块输入电流，起到保护模块的作用，普通的IGBT模块在这种领域显然不合适，没有电流检测功能。

因此有必要设计一种新的IGBT模块，使得IGBT模块中增加电流的检测功能，以克服现有的IGBT模块功能单一，应用范围狭窄的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的IGBT模块及其控制方法，主要应用于需要全程精确监控电流分布密度的变频系统中，由于模块内部采用了电流检测功能设计，所以本发明完美的解决了模块在使用过程中的全程电流监控问题。

根据本发明的目的提出的一种IGBT模块，包括复数个IGBT芯片，每两个IGBT芯片以半桥式连接组成一个半桥单元，各个半桥单元之间采取并联连接，所述每个半桥单元的桥臂上设有一个电流检测单元。

优选的，所有半桥单元中，位于上半桥的IGBT芯片的集电极、基极分别共连，形成该IGBT模块的共集电极和第一共基极，位于下半桥的IGBT芯片的发射极、基极分别共连，形成该IGBT模块的共发射极和第二共基极，上半桥IGBT芯片的发射极和下半桥IGBT芯片的集电极组形成所述半桥单元的桥臂，该各个桥臂上的电流检测单元共连，形成该IGBT模块的输出端。

优选的，该IGBT模块还包括DBC板，多个电极，分流器，顶盖，外壳，底板，其中所述IGBT芯片设置在该DBC板上，所述共发射极、共集电极、第一共基极、第二共基极和输出端分别连接在对应的电极上。

优选的，所述电流检测单元的两端为电流监测点，该电流监测点上设有电流检测电路，用以获知流经该电流检测单元的电流。

优选的，所述IGBT模块连接在一外部的保护电路上，所述电流检测电路同时连接在该保护电路上，当所述电流检测电路检测到电流检测单元上的电流超出所在半桥模块的预设输出电流时，所述保护电路向该IGBT模块实施一保护措施。

优选的，所述IGBT模块连接在一外部驱动电路上，所述保护电路同时连接在该驱动电路上，所述保护电路向该IGBT模块实施的保护措施为控制所述驱动电路关断该IGBT模块或降低对该IGBT模块的输入电流或输入电压。

同时，本发明还提出了一种上述的IBGT模块的控制方法，包括如下步骤：

1）电流检测电路检测所述电流检测单元的电流值，并向一预设值进行比较；

2）若检测到的电流值小于所述预设值时，返回至步骤1）；若检测到的电流值大于所述预设值时，向所述保护电路发出报警信号；

3）所述保护电路根据该报警信号向所述驱动电路发出一控制信号，所述驱动电路根据该控制信号，对IGBT模块的驱动信号进行调整或关断。

与现有技术相比，本发明通过对每个IGBT芯片设置电流检测单元，对IGBT模块中各个IGBT芯片输出电流的监控，起到精确控制IGBT输出电流的效果，从而避免了IBGT模块因电流输出异常导致的IGBT芯片损坏问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种现有的IGBT模块的电路示意图。

图2是本发明的IGBT模块的电路示意图。

图3是本发明的IGBT模块的控制方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，在现有的IGBT模块中，缺少对于IGBT芯片输出电流的监控，导致现有的IGBT模块功能单一，应用面狭窄。尤其是在变频逆变领域，需要精确监控流过的电流，一旦模块电流输出出现故障，及时反馈给外部控制电路，对模块采取一保护措施，起到保护模块的作用，然而现有的IGBT模块在这种领域显然不合适，没有电流检测功能。

因此，本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种新的IGBT模块，该IGBT模块中对每个IGBT芯片设置电流检测单元，通过对IGBT模块中各个IGBT芯片输出电流的监控，起到精确控制IGBT输出电流的效果，从而避免了IBGT模块因电流输出异常导致的IGBT芯片损坏问题。

下面，将对本发明的具体技术方案做详细描述。

请参见图2，图2是本命的IGBT模块的电路示意图。如图所示，在该IGBT模块100中，包括复数个IGBT芯片101，并以成对的形式，在每两个IGBT芯片101中，以半桥式连接组成一个半桥单元110，各个半桥单元100之间则采取并联的方式连接，形成了本发明的总的IGBT模块。

对于上述形式的IGBT模块而言，在用户端使用的过程中，上下半桥可根据设计需要分别控制开通关断，提高了该IGBT模块的应用灵活性。

所有的半桥单元110中，位于上半桥的IGBT芯片101的集电极C、栅极G分别共连，形成该IGBT模块100的共集电极C1和第一共栅极G1，位于下半桥的IGBT芯片101的发射极E、栅极G分别共连，形成该IGBT模块100的共发射极E1和第二共栅极G2。上半桥IGBT芯片的发射极E和下半桥IGBT芯片的集电极C组形成所述半桥单元的桥臂。

其中，每个半桥单元110的桥臂上设有一个电流检测单元120，该电流检测单元主要用来监测每个半桥单元的输出电流情况。并且该各个桥臂上的电流检测单元共连，形成该IGBT模块的输出端。

该电流检测单元120比如是一个串联在输出端中的电阻元件。考虑到在一些应用场合中需要对该IGBT模组100的输出电流做精确控制，因此该电流检测单元120的电阻阻值不易过大，较优地，该电流检测单元的阻值小于5毫欧。这样一来在电流检测单元上的功率就会很小，便于监控，同时根据IGBT模块100功率等级的不同，其检测值也不同，一般不会超过10瓦，故外部保护反馈电路信号要求完全可以满足，这样模块就可以起到实时监控整体模块的电流流向功能，通过将监测点与模块外部保护电路连接，通过保护电路可以对模块进行电流保护，同时，由于该电流检测单元110对桥臂上的每一个IGBT芯片都进行了电流检测能力的设计，这样可以保证模块外部驱动电路对模块内部每一个单独的IGBT芯片进行全程电流监控，一旦某一个芯片电流输出能力超出模块设计要求，出现过流现象或者其他不满足模块功能的现象时，通过外部电流保护电路可以及时切断模块主供电电源，对模块进行电流保护，避免模块系统以及上层系统损坏。

具体地，电流检测单元110的两端为电流监测点A-B，可以在电流监测点上设有电流检测电路（图中未示出），用以获知流经该电流检测单元的电流，同时对该电流的检测值进行一个比较和反馈。对于该电流检测电路的具体安排，凡是具有电流测量能力和比较能力的电路即可，并不需要做特别限定。

通常会在IGBT模块的外部连接有保护电路，此时可以将本发明中的电流检测电路与外部的保护电路进行集成，比如将电流检测电路的信号输出端连接在保护电路上，当电流检测电路检测到电流检测单元上的电流超出所在半桥模块的预设输出电流时，所述保护电路向该IGBT模块实施一保护措施。

进一步的，IGBT模块100连接在一外部驱动电路上，此时可以让保护电路同时连接在该驱动电路上，保护电路向该IGBT模块实施的保护措施为控制所述驱动电路关断该IGBT模块或降低对该IGBT模块的输入电流或输入电压。

作为具体的产品，本发明的IGBT模块除了上述的电路结构特征外，还包括该IGBT模块产品应有的机械结构特征。比如该IGBT模块至少包括DBC板，多个电极，分流器，顶盖，外壳，底板，其中所述IGBT芯片设置在该DBC板上，所述共发射极、共集电极、第一共基极、第二共基极和输出端分别连接在对应的电极上。

请参见图3，图3是本发明的IGBT模块的控制方法流程图，如图所示，该控制方法包括步骤：

1）电流检测电路检测所述电流检测单元的电流值，并向一预设值进行比较；

2）若检测到的电流值小于所述预设值时，返回至步骤1）；若检测到的电流值大于所述预设值时，向所述保护电路发出报警信号；

3）所述保护电路根据该报警信号向所述驱动电路发出一控制信号，所述驱动电路根据该控制信号，对IGBT模块的驱动信号进行调整或关断。

综上所述，本发明提出了一种IGBT模块及其控制方法，该IGBT模块中对每个IGBT芯片设置电流检测单元，通过对IGBT模块中各个IGBT芯片输出电流的监控，起到精确控制IGBT输出电流的效果，从而避免模块系统以及上层系统损坏。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种IGBT模块，其特征在于：包括复数个IGBT芯片，每两个IGBT芯片以半桥式连接组成一个半桥单元，各个半桥单元之间采取并联连接，所述每个半桥单元的桥臂上设有一个电流检测单元。

2.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所有半桥单元中，位于上半桥的IGBT芯片的集电极、基极分别共连，形成该IGBT模块的共集电极和第一共基极，位于下半桥的IGBT芯片的发射极、基极分别共连，形成该IGBT模块的共发射极和第二共基极，上半桥IGBT芯片的发射极和下半桥IGBT芯片的集电极组形成所述半桥单元的桥臂，该各个桥臂上的电流检测单元共连，形成该IGBT模块的输出端。

3.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：该IGBT模块还包括DBC板，多个电极，分流器，顶盖，外壳，底板，其中所述IGBT芯片设置在该DBC板上，所述共发射极、共集电极、第一共基极、第二共基极和输出端分别连接在对应的电极上。

4.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述电流检测单元的两端为电流监测点，该电流监测点上设有电流检测电路，用以获知流经该电流检测单元的电流。

5.如权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于：所述IGBT模块连接在一外部的保护电路上，所述电流检测电路同时连接在该保护电路上，当所述电流检测电路检测到电流检测单元上的电流超出所在半桥模块的预设输出电流时，所述保护电路向该IGBT模块实施一保护措施。

6.如权利要求5所述的IGBT模块，其特征在于：所述IGBT模块连接在一外部驱动电路上，所述保护电路同时连接在该驱动电路上，所述保护电路向该IGBT模块实施的保护措施为控制所述驱动电路关断该IGBT模块或降低对该IGBT模块的输入电流或输入电压。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述逇IBGT模块的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）电流检测电路检测所述电流检测单元的电流值，并向一预设值进行比较；

2）若检测到的电流值小于所述预设值时，返回至步骤1）；若检测到的电流值大于所述预设值时，向所述保护电路发出报警信号；

3）所述保护电路根据该报警信号向所述驱动电路发出一控制信号，所述驱动电路根据该控制信号，对IGBT模块的驱动信号进行调整或关断。

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