CN104362598A - 一种用于statcom的igbt温度检测与保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，包括有电桥电路、电压跟随放大电路、滞环比较隔离电路和比较隔离电路；所述电桥电路的热敏电阻Rt内置于IGBT模块中，且其输出端与电压跟随放大电路的输入端连接；所述电压跟随放大电路的输出端与滞环比较隔离电路的输入端和比较隔离电路的输入端连接；所述滞环比较隔离电路的输出端和比较隔离电路的输出端分别与风机控制电路和IGBT模块的控制器连接。这样，即可根据IGBT模块的实时温度自动控制散热风机的启停和进行保护停机，同时可实时监控，不会对控制器造成干扰；而且结构十分简单、可靠，测量值精度高，没有复杂元器件，成本低。

Description

一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路

技术领域

本发明属于IGBT温度检测和保护技术领域，特别涉及一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，尤其它在当今工业领域的广泛应用，电能质量问题日益凸显，为了改善电能质量问题，具有补偿系统无功，提高系统的功率因数，改善电能的质量，减少系统中谐波分量能力的STATCOM（静止同步补偿器Static Synchronous Compensator, 简称STATCOM，又称SVG）得到了广泛应用。

作为STATCOM主电路的核心，功率开关器件的选择非常重要。而IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）在诸如变频器、开关电源等电力电子技术的能量变换与管理应用中，越来越成为各种主回路的首选功率开关器件，同样如何安全可靠地驱动IGBT，将决定了整个系统的性能。

IGBT是温度敏感器件，其载流能力和寿命与温度呈比例关系，而且过温会使IGBT损坏，所以必须对IGBT温度进行实时监控，保证其工作在一定温度范围内，若IGBT温度超过设定预警值，必须启动散热风机，及时散热；若IGBT温度低于设定低温值，可以停止散热风机，以节省电能；若IGBT温度超过设定保护值，必须停机以保证IGBT不受损坏。

发明内容

但是，目前现有IGBT模块的检测方式有：1、使用温度开关贴在散热器旁边，通过检测散热器的温度加上一个定值而得到IGBT的温度，这种方法不能准确测量IGBT结温，而且温度开关一般采用进口，价格昂贵。2、在散热器上装热敏电阻，通过分压完后通过AD芯片，得到IGBT的温度，实时检测，这种方法一方面与方法1一样测量不准确，实时采集IGBT温度给控制器带来负担。3、利用IGBT模块内置的热敏电阻，经过系列处理，完后利用AD芯片实时采样，得到IGBT的温度，这种方法跟方法2一样，会给控制器带来运算负担，但是控制器得到实时温度的具体数值意义不大。

而且STATCOM的散热风机大多一直运行，而很多时候，STATCOM并没有满负荷输出，像光伏发电厂，早晚负荷相对较轻，此时风机一直运行会造成电能损耗。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可实时检测IGBT模块的温度从而自动控制散热风机的启停、保护停机，可实时监控，能减轻控制器运算负担，不会对控制器造成干扰，且结构简单、可靠，灵敏度高，成本低的用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，包括有电桥电路、电压跟随放大电路、滞环比较隔离电路和比较隔离电路；所述电桥电路的热敏电阻Rt内置于IGBT模块中，且其输出端与电压跟随放大电路的输入端连接；所述电压跟随放大电路的输出端与滞环比较隔离电路的输入端和比较隔离电路的输入端连接；所述滞环比较隔离电路的输出端和比较隔离电路的输出端分别与风机控制电路和IGBT模块的控制器连接。

进一步地，所述电压跟随放大电路主要由第一放大器、第二放大器、第三放大器、电阻R4和电阻R5组成；所述第一放大器和第二放大器的非反向输入端与电桥电路连接，反向输入端与各自的输出端连接，而且第一放大器的输出端串联电阻R4后与第三放大器的反向输入端连接，第二放大器的输出端与第三放大器的非反向输入端连接；所述电阻R5并联在第三放大器上，两端分别与第三放大器的反向输入端和输出端连接；所述第三放大器的输出端与滞环比较隔离电路和比较隔离电路连接。

进一步地，所述滞环比较隔离电路主要由第四放大器、第一光电耦合器和电阻R6～R9组成；所述第四放大器的反向输入端串联电阻R6后与第三放大器的输出端连接，非反向输入端串联电阻R7后接地，且其输出端串联电阻R9后与第一光电耦合器的正极连接；所述电阻R8并联第四放大器和电阻R9上，一端连接在电阻R7与第四放大器的非反向输入端之间，另一端连接在电阻R9与第一光电耦合器的正极之间；所述第一光电耦合器的负极接地，发射极连接电源负极，集电极与风机控制电路连接。

进一步地，所述开关电源模块由二极管、第一电感线圈KA和第二电感线圈KM组成；所述二极管的两端分别与第一光电耦合器的集电极和输入电源正极连接，所述第一电感线圈KA并联在二极管上，以控制第二电感线圈KM的电源输入开关，所述第二电感线圈KM控制风机的电源输入开关。

进一步地，所述比较隔离电路主要由第五放大器、第二光电耦合器和电阻R10～R13组成；所述第五放大器的反向输入端串联电阻R10后与第三放大器（23）的输出端连接，非反向输入端串联电阻R11后接地，且其输出端与第二光电耦合器的正极连接；所述电阻R8并联第五放大器上，一端连接在电阻R11与第五放大器的非反向输入端之间，另一端连接在第五放大器的输出端与第二光电耦合器的正极之间；所述第二光电耦合器的负极和发射极接地，集电极串联有电阻R13与输入电源正极连接，并与IGBT模块的控制器通信连接。

进一步地，所述电桥电路主要由热敏电阻Rt和电阻R1～R3组成；所述热敏电阻Rt和电阻R3串联连接，所述电阻R1和电阻R2串联连接，串联连接的热敏电阻Rt和电阻R3与串联连接的电阻R1和电阻R2并联连接，且两端分别输入电源正极连接和接地；所述第一放大器和第二放大器的非反向输入端分别连接在热敏电阻Rt和电阻R3之间、电阻R1和电阻R2之间。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述技术方案，即可根据IGBT模块的实时温度自动控制散热风机的启停和进行保护停机，也就是说可在低负荷的时候关闭风机，起到节能作用，又可在重负荷时启动风机，还可在到达最高保护结温的时候，停机，保护IGBT模块，同时可实时监控，光耦隔离驱动，不会对控制器造成干扰，能减轻控制器运算负担；而且结构十分简单、可靠，灵敏度高，没有复杂元器件，成本低。

附图说明

图1是本发明所述一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路实施例的电路结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1中所示：

本发明实施例所述的一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，包括有电桥电路1、电压跟随放大电路2、滞环比较隔离电路3和比较隔离电路4；所述电桥电路1的热敏电阻Rt内置于IGBT模块中，且其输出端与电压跟随放大电路2的输入端连接；所述电压跟随放大电路2的输出端与滞环比较隔离电路3的输入端和比较隔离电路4的输入端连接；所述滞环比较隔离电路3的输出端和比较隔离电路4的输出端分别与风机控制电路5和IGBT模块的控制器连接。具体结构可以为：

所述电桥电路1主要由热敏电阻Rt和电阻R1～R3组成；所述电压跟随放大电路2主要由第一放大器21、第二放大器22、第三放大器23、电阻R4和电阻R5组成；所述滞环比较隔离电路3主要由第四放大器31、第一光电耦合器32、开关电源模块33和电阻R6～R9组成；所述比较隔离电路4主要由第五放大器41、第二光电耦合器42和电阻R10～R13组成。其中，所述热敏电阻Rt是负温度系数热敏电阻，其和电阻R3串联连接；所述电阻R1和电阻R2串联连接，串联连接的热敏电阻Rt和电阻R3与串联连接的电阻R1和电阻R2并联连接，且两端分别输入电源正极连接和接地；所述第一放大器21和第二放大器22的非反向输入端分别连接在热敏电阻Rt和电阻R3之间、电阻R1和电阻R2之间。所述第一放大器21和第二放大器22的反向输入端与各自的输出端连接，而且第一放大器21的输出端串联电阻R4后与第三放大器23的反向输入端连接，第二放大器22的输出端与第三放大器23的非反向输入端连接；所述电阻R5并联在第三放大器23上，两端分别与第三放大器23的反向输入端和输出端连接；所述第三放大器23的输出端与滞环比较隔离电路3和比较隔离电路4连接。所述第四放大器31的反向输入端串联电阻R6后与第三放大器23的输出端连接，非反向输入端串联电阻R7后接地，且其输出端串联电阻R9后与第一光电耦合器32的正极连接；所述电阻R8并联第四放大器31和电阻R9上，一端连接在电阻R7与第四放大器31的非反向输入端之间，另一端连接在电阻R9与第一光电耦合器32的正极之间；所述第一光电耦合器32的负极接地，发射极连接电源负极，集电极与风机控制电路5连接。所述第五放大器41的反向输入端串联电阻R10后与第三放大器23的输出端连接，非反向输入端串联电阻R11后接地，且其输出端与第二光电耦合器42的正极连接；所述电阻R8并联第五放大器41上，一端连接在电阻R11与第五放大器41的非反向输入端之间，另一端连接在第五放大器41的输出端与第二光电耦合器42的正极之间；所述第二光电耦合器42的负极和发射极接地，集电极串联有电阻R13与输入电源正极连接，并与IGBT模块的控制器通信连接。

本发明所述IGBT温度检测与保护电路工作时，首先通过电桥电路1检测热敏电阻Rt的阻值，从而间接得到IGBT模块的实时温度（由于热敏电阻Rt的阻值随IGBT模块温度的变化而改变，电桥电路1输出电流也随之发生变化）；然后电压跟随放大电路2（具有提高带负载能力作用）对电桥电路1输出的电流进行隔离、放大后输出至滞环比较隔离电路3和比较隔离电路4；最后滞环比较隔离电路3根据输入的放大电流输出高电平或低电平，以控制风机启停，同时比较隔离电路4根据输入的放大电流与设定阀值进行比较、输出高电平或低电平给IGBT模块的控制器，IGBT模块的控制器根据输入的高电平或低电平对IGBT模块做过温保护处理。

这样，通过本发明所述IGBT温度检测与保护电路即可根据IGBT模块的实时温度自动控制散热风机的启停和进行保护停机，也就是说可在低负荷的时候关闭风机，起到节能作用，又可在重负荷时启动风机，还可在到达最高保护结温的时候，停机，保护IGBT模块，同时可实时监控，光耦隔离驱动，不会对控制器造成干扰，能减轻控制器运算负担；而且结构十分简单、可靠，灵敏度高，没有复杂元器件，成本低。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，其特征在于：包括有电桥电路（1）、电压跟随放大电路（2）、滞环比较隔离电路（3）和比较隔离电路（4）；所述电桥电路（1）的热敏电阻Rt内置于IGBT模块中，且其输出端与电压跟随放大电路（2）的输入端连接；所述电压跟随放大电路（2）的输出端与滞环比较隔离电路（3）的输入端和比较隔离电路（4）的输入端连接；所述滞环比较隔离电路（3）的输出端和比较隔离电路（4）的输出端分别与风机控制电路（5）和IGBT模块的控制器连接。

2.根据权利要求1所述的用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，其特征在于：所述电压跟随放大电路（2）主要由第一放大器（21）、第二放大器（22）、第三放大器（23）、电阻R4和电阻R5组成；所述第一放大器（21）和第二放大器（22）的非反向输入端与电桥电路（1）连接，反向输入端与各自的输出端连接，而且第一放大器（21）的输出端串联电阻R4后与第三放大器（23）的反向输入端连接，第二放大器（22）的输出端与第三放大器（23）的非反向输入端连接；所述电阻R5并联在第三放大器（23）上，两端分别与第三放大器（23）的反向输入端和输出端连接；所述第三放大器（23）的输出端与滞环比较隔离电路（3）和比较隔离电路（4）连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，其特征在于：所述滞环比较隔离电路（3）主要由第四放大器（31）、第一光电耦合器（32）和电阻R6～R9组成；所述第四放大器（31）的反向输入端串联电阻R6后与第三放大器（23）的输出端连接，非反向输入端串联电阻R7后接地，且其输出端串联电阻R9后与第一光电耦合器（32）的正极连接；所述电阻R8并联第四放大器（31）和电阻R9上，一端连接在电阻R7与第四放大器（31）的非反向输入端之间，另一端连接在电阻R9与第一光电耦合器（32）的正极之间；所述第一光电耦合器（32）的负极接地，发射极连接电源负极，集电极与风机控制电路（5）连接。

4.根据权利要求3所述的用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，其特征在于：所述比较隔离电路（4）主要由第五放大器（41）、第二光电耦合器（42）和电阻R10～R13组成；所述第五放大器（41）的反向输入端串联电阻R10后与第三放大器（23）的输出端连接，非反向输入端串联电阻R11后接地，且其输出端与第二光电耦合器（42）的正极连接；所述电阻R8并联第五放大器（41）上，一端连接在电阻R11与第五放大器（41）的非反向输入端之间，另一端连接在第五放大器（41）的输出端与第二光电耦合器（42）的正极之间；所述第二光电耦合器（42）的负极和发射极接地，集电极串联有电阻R13与输入电源正极连接，并与IGBT模块的控制器通信连接。

5.根据权利要求4所述的用于STATCOM的IGBT温度检测与保护电路，其特征在于：所述电桥电路（1）主要由热敏电阻Rt和电阻R1～R3组成；所述热敏电阻Rt和电阻R3串联连接，所述电阻R1和电阻R2串联连接，串联连接的热敏电阻Rt和电阻R3与串联连接的电阻R1和电阻R2并联连接，且两端分别输入电源正极连接和接地；所述第一放大器（21）和第二放大器（22）的非反向输入端分别连接在热敏电阻Rt和电阻R3之间、电阻R1和电阻R2之间。