CN104393571A - 一种igbt模块过流保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IGBT模块过流保护系统，特别是位于IGBT模块驱动板上的过流保护电路，包括电流检测模块，所述电流检测模块的输出与过流比较模块的输入相连接；所述过流比较模块输出连接至数字滤波和锁存电模块，所述数字滤波和锁存模块的输出连接至软关断光耦；所述软关断光耦输出连接至副边软关断模块。本发明的有益效果是：在各种异常工况，包括输出短路故障时，IGBT模块出现过流时能够通过过流保护电路实现对IGBT模块的关断控制，降低IGBT关断电压尖峰，防止IGBT模块失效，提高器件寿命和可靠性。

Description

一种IGBT模块过流保护系统

技术领域

本发明涉及一种IGBT模块过流保护，尤其是位于IGBT模块驱动板上的过流保护电路。

背景技术

大功率逆变器，包括风电变流器、光伏逆变器等等都采用IGBT模块作为关键器件，在实际运行过程中，经常由于各种原因引起变流器发生输出短路故障，通常会发生电网侧和电机侧的对地短路和相间短路等，此类故障由于IGBT模块瞬时电流较大，导致IGBT模块关断时尖峰电压很高，超过IGBT模块运行安全区后容易导致损坏。

现有的解决上述问题的措施有以下几种：第一种、在IGBT模块直流侧两端加吸收电容，吸收电容是可以明显消除IGBT模块直流端子外部杂散电感引起的电压尖峰，缺点是吸收电容本身也存在一定电感，因此抑制效果有限。

第二种、在主控制板设定过流保护值，即在IGBT模块电流达到设定值后封锁PWM输出，该方法属于主动控制IGBT模块保护点，有些情况下能够有效保护，但是对于短路输出阻抗较小的情况，电流DI/DT较快，软件启动保护的时间较长，容易引起封锁PWM输出后导致IGBT电流超过过流点较大值，引起IGBT模块关断时刻电流较大，而此情况IGBT模块电流未达到退饱和范围（一般为IGBT模块的4倍额定电流），因IGBT模块硬关断导致IGBT模块尖峰电压超过安全区而损坏。

第三种、目前比较流行的有源箝位电路，即在IGBT关断过程中如果Vce电压超过设定值后，通过反馈电路使IGBT模块的门极电压有所升高，达到降低电流DI/DT的作用，该电路复杂，特别是VCE电压设定值选择不合适就会导致电路频繁动作，增加了IGBT模块的损耗和TVS管的损耗，容易引起器件过热失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，在IGBT模块驱动板上构造一种过流保护电路，在IGBT模块出现过流时，通过实现对IGBT模块的关断控制，降低IGBT关断电压尖峰，防止IGBT模块失效，提高器件寿命和可靠性。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种IGBT模块过流保护系统,所述的保护电路包括电流检测模块、过流比较模块、数字滤波和锁存模块、软关断光耦、副边软关断模块；所述电流检测模块的输出与过流比较模块的输入相连接；所述过流比较模块输出端连接至数字滤波和锁存模块，所述数字滤波和锁存模块的输出连接至软关断光耦；所述软关断光耦输出端连接至副边软关断模块。

所述电流检测模块的作用是把电流互感器的电流信号通过高精度采样电阻转换成电压信号，通过运放构成的信号调理电路成用于比较的电压信号。

所述过流比较模块的作用是把所述电流检测电路的输出信号与过流保护点的电压设定值比较，通过运放或比较器输出数字逻辑信号。

所述的数字滤波和锁存模块的作用是对过流比较模块的输出数字逻辑信号进行滤波，用于滤除高频干扰信号，同时对信号进行锁存，用于输出控制。

所述的软关断光耦的作用是将过流信号传递至副边电路，起隔离作用。

所述的副边软关断模块的作用是接受原边通过软关断光耦传递的信号，对副边驱动电路的关断进行控制，达到控制IGBT模块电流DI/DT速率的控制，实现降低关断电压尖峰。

所述的过流保护电路还包括，用于设定过流保护值的转换模块，用于PWM输入滤波电路的模块，用于为控制器提供振荡源和看门狗的模块，用于连接正常驱动信号的驱动光耦，还有副边反馈输出的反馈光耦，用于电源DC/DC输入滤波的模块， DC/DC转换模块，以及DC/DC隔离变压器，用于稳定+15V/-15V输出的电路整流稳压模块，用于对副边电压电压进行监控的欠压保护模块；还包括用于正常驱动IGBT模块的驱动模块和用于Vce-sat检测模块。

所述过流比较模块输入端连接至输出电流检测模块的输出端和电流比较点设定模块的输入端，电流比较点设定模块的输出连接至数字滤波和锁存模块。

所述数字滤波和锁存模块的输出分别连接至软关断光耦、驱动光耦和反馈光耦。 

所述PWM输入滤波模块和振荡源和看门狗的模块输出连接至数字滤波和锁存模块。

所述软关断模块连接至软关断光耦，所述Vce-sat检测模块和欠压保护模块的输出连接至反馈光耦的输入。

所述电源DC/DC输入滤波电路11输出连接至 DC/DC转换模块，所述DC/DC转换电路连接至隔离变压器，所述隔离变压器连接至整流模块，经稳压后输出+15V/-15V电压。

所述的数字滤波和锁存模块可以是FPGA、CPLD逻辑芯片或DSP数字处理器。

所述的驱动光耦和反馈光耦为宽体光耦。

所述的Vce-sat检测模块包括由运放组成的比较电路和RC滤波电路。

所述的欠压保护模块包括有运放组成的比较电路和锁存电路。

本发明的优点：当本系统检测到IGBT模块输出电流超过设定值后，对信号进行滤波和锁存，通过软关断光耦实现副边软关断功能，降低电流di/dt速率，从而降低IGBT模块的关断电压尖峰，提高IGBT模块的可靠性。

附图说明

图1是本发明涉及的一种IGBT模块过流保护电路。

图2是本发明涉及的一种IGBT模块过流保护电路典型实施例具体实施方式。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1，一种IGBT模块过流保护系统,所述的保护电路包括电流检测模块、过流比较模块、数字滤波和锁存模块、软关断光耦、副边软关断模块；所述电流检测模块的输出与过流比较模块的输入相连接；所述过流比较模块输出端连接至数字滤波和锁存模块，所述数字滤波和锁存模块的输出连接至软关断光耦；所述软关断光耦输出端连接至副边软关断模块；所述电流检测模块的作用是把电流互感器的电流信号通过高精度采样电阻转换成电压信号，通过运放构成的信号调理电路成用于比较的电压信号； 所述过流比较模块的作用是把所述电流检测电路的输出信号与过流保护点的电压设定值比较，通过运放或比较器输出数字逻辑信号；所述的数字滤波和锁存模块的作用是对过流比较模块的输出数字逻辑信号进行滤波，用于滤除高频干扰信号，同时对信号进行锁存，用于输出控制；所述的软关断光耦的作用是将过流信号传递至副边电路，起隔离作用；所述的副边软关断模块的作用是接受原边通过软关断光耦传递的信号，对副边驱动电路的关断进行控制，达到控制IGBT模块电流DI/DT速率的控制，实现降低关断电压尖峰。

所述的过流保护电路还包括用于设定过流保护值的转换模块6，用于PWM输入滤波模块，用于为控制器提供振荡源和看门狗模块8，用于连接正常驱动信号的驱动光耦9，还有副边反馈输出的反馈光耦10，用于电源DC/DC输入滤波的模块11， DC/DC转换模块12，以及DC/DC隔离变压器13，用于稳定+15V/-15V输出的电路整流稳压模块14，用于对副边电压电压进行监控的欠压保护模块15；还包括用于正常驱动IGBT模块的驱动模块16和用于Vce-sat检测模块17。

所述过流比较模块2输入端连接至输出电流检测模块1的输出端和电流比较点设定模块6的输入端，电流比较点设定模块6的输出连接至数字滤波和锁存模块3。

所述数字滤波和锁存模块3的输出分别连接至软关断光耦4、驱动光耦9和反馈光耦10。 

所述PWM输入滤波模块7和振荡源和看门狗的模块8输出连接至数字滤波和锁存模块3；所述的数字滤波和锁存模块（3）可以是FPGA、CPLD逻辑芯片或DSP数字处理器。

所述软关断模块5连接至软关断光耦4，所述Vce-sat检测模块17和欠压保护模块15的输出连接至反馈光耦10的输入。

所述电源DC/DC输入滤波电路11输出连接至 DC/DC转换模块12，所述的DC/DC转换模块12连接至隔离变压器13，所述隔离变压器13连接至整流模块14，经稳压后输出+15V/-15V电压。

所述的驱动光耦9和反馈光耦10为宽体光耦。

所述的Vce-sat检测模块17包括由运放组成的比较电路和RC滤波电路。

所述的欠压保护模块15包括有运放组成的比较电路和锁存电路。

本系统的工作原理：1、IGBT模块电流小于过流保护点设定值时，过流比较信号输出正常值，软关断光耦不工作，驱动光耦正常工作，其副边软关断模块不工作，驱动模块正常工作。

2、IGBT模块电流大于过流保护点设定值时，过流比较信号输出故障值，软关断光耦工作，驱动光耦不工作，其副边软关断模块工作，驱动模块不工作。

3、当IGBT模块发生直通短路时，IGBT模块Vce退饱和，副边软关断模块工作，驱动模块不工作，反馈光耦工作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种IGBT模块过流保护系统,其特征在于：所述的保护电路包括电流检测模块（1）、过流比较模块（2）、数字滤波和锁存模块（3）、软关断光耦（4）、副边软关断模块（5）；所述电流检测模块（1）的输出与过流比较模块（2）的输入相连接；所述过流比较模块（2）输出端连接至数字滤波和锁存模块（3），所述数字滤波和锁存模块（3）的输出连接至软关断光耦（4）；所述软关断光耦（4）输出端连接至副边软关断模块（5）；   

所述电流检测模块（1）的作用是把电流互感器的电流信号通过高精度采样电阻转换成电压信号，通过运放构成的信号调理电路成用于比较的电压信号；    

所述过流比较模块（2）的作用是把所述电流检测电路1的输出信号与过流保护点的电压设定值比较，通过运放或比较器输出数字逻辑信号；

所述的数字滤波和锁存模块（3）的作用是对过流比较模块2的输出数字逻辑信号进行滤波，用于滤除高频干扰信号，同时对信号进行锁存，用于输出控制；

所述的软关断光耦（4）的作用是将过流信号传递至副边电路，起隔离作用；

所述的副边软关断模块（5）的作用是接受原边通过软关断光耦传递的信号，对副边驱动电路的关断进行控制，达到控制IGBT模块电流DI/DT速率的控制，实现降低关断电压尖峰。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块过流保护系统，其特征在于：所述的过流保护电路还包括用于设定过流保护值的转换模块（6），用于PWM输入滤波模块（7），用于为控制器提供振荡源和看门狗模块（8），用于连接正常驱动信号的驱动光耦（9），还有副边反馈输出的反馈光耦（10），用于电源DC/DC输入滤波的模块（11）， DC/DC转换模块（12），以及DC/DC隔离变压器（13），用于稳定+15V/-15V输出的电路整流稳压模块（14），用于对副边电压电压进行监控的欠压保护模块（15）；还包括用于正常驱动IGBT模块的驱动模块（16）和用于Vce-sat检测模块（17）；

所述过流比较模块（2）输入端连接至输出电流检测模块（1）的输出端和电流比较点设定模块（6）的输入端，电流比较点设定模块（6）的输出连接至数字滤波和锁存模块（3）；

所述数字滤波和锁存模块（3）的输出分别连接至软关断光耦（4）、驱动光耦（9）和反馈光耦（10）； 

所述PWM输入滤波模块（7）和振荡源和看门狗的模块（8）输出连接至数字滤波和锁存模块（3）；

所述软关断模块（5）连接至软关断光耦（4），所述Vce-sat检测模块（17）和欠压保护模块（15）的输出连接至反馈光耦（10）的输入；

所述电源DC/DC输入滤波电路（11）输出连接至 DC/DC转换模块（12），所述的DC/DC转换模块（12）连接至隔离变压器（13），所述隔离变压器（13）连接至整流模块（14），经稳压后输出+15V/-15V电压。

3.根据权利要求2所述的一种IGBT模块过流保护系统,其特征在于：所述的数字滤波和锁存模块（3）可以是FPGA、CPLD逻辑芯片或DSP数字处理器。

4.根据权利要求2或3所述的一种IGBT模块过流保护系统,其特征在于：所述的驱动光耦（9）和反馈光耦（10）为宽体光耦。

5.根据权利要求4所述的一种IGBT模块过流保护系统,其特征在于：所述的Vce-sat检测模块（17）包括由运放组成的比较电路和RC滤波电路。

6.根据权利要求5所述的一种IGBT模块过流保护系统,其特征在于：所述的欠压保护模块（15）包括有运放组成的比较电路和锁存电路。