CN104849644B - Igbt状态检测电路以及igbt状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT状态检测电路以及IGBT状态检测方法，该IGBT状态检测电路包括：IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路(1)，用于获取IGBT的集电极和发射极之间电压的分压电压并输出分压电压信号(V1)至电压比较电路(2)的输入端；所述电压比较电路(2)，用于根据所述分压电压信号(V1)以及预定电压信号(Vz)判断IGBT状态并输出IGBT状态反馈信号(V2)至状态反馈隔离输出电路(3)的输入端；状态反馈隔离输出电路(3)，用于响应于所述IGBT状态反馈信号(V2)输出IGBT状态反馈隔离信号。本发明可以对IGBT状态进行实时地、有效地、精确地、可靠地检测。

Description

IGBT状态检测电路以及IGBT状态检测方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体地，涉及一种IGBT状态检测电路以及IGBT状态检测方法。

背景技术

现有技术中，电动汽车电机主控制器中为保护主回路功率器件，通常会设置主动泄放回路。通常，该主动泄放回路由泄放电阻和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组成，连接在直流母线电压正负极之间。一般地，IGBT工作状态主要包括：开通、关断、短路。为了保护主控器中的主回路功率器件，提高电动汽车的安全性，需要对IGBT工作状态进行检测。

现有IGBT状态检测存在以下方式：(1)使用集成化驱动模块，但是这种检测模块检测IGBT驱动级信号，只能在IGBT开通时检测，且价格较高，可应用性差；(2)使用稳压管加串联光耦模式，但是这种检测模式只能检测IGBT短路时其C、E间电压高于驱动电源电压的情况，若C、E间电压低于驱动电源电压，则不能准确判断，而且存在较大的延时，不能实现实时监测。即现有技术中缺少一种能够对IGBT状态进行实时地、有效地、精确地、可靠地检测的电路和方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种IGBT状态检测电路，该电路包括：IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，用于获取IGBT的集电极和发射极之间电压的分压电压并输出分压电压信号V1至电压比较电路2的输入端；所述电压比较电路2，用于根据所述分压电压信号V1以及预定电压信号Vz判断IGBT状态并输出IGBT状态反馈信号V2至状态反馈隔离输出电路3的输入端；状态反馈隔离输出电路3，用于响应于所述IGBT状态反馈信号V2输出IGBT状态反馈隔离信号。

优选地，IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述串联的第一电阻R1和第二电阻R2的两端分别与IGBT的集电极和发射极连接，第一电阻R1与第二电阻R2之间的连接点输出分压电压信号V1。

优选地，直流母线电压的正输入端通过第三电阻R3与IGBT的集电极IGBT-C连接，直流母线电压的负输入端与IGBT的发射极IGBT-E连接。

优选地，所述电压比较电路2包括第一单电源、比较器U2、第五电阻R5、以及第六电阻R6；所述第一单电源的正极与所述比较器U2的正输入端连接，所述分压电压信号V1输入所述比较器U2的负输入端，所述第六电阻R6设置在所述比较器U2的负输入端与所述比较器U2的输出端之间，所述第五电阻R5设置在所述第一单电源的正极与所述比较器U2的输出端之间，所述比较器U2的输出端输出IGBT状态反馈信号V2。

优选地，所述电压比较电路2还包括第四电阻R4和稳压管Z1，所述第四电阻R4设置在所述第一单电源的正极与所述比较器U2的正输入端之间，所述稳压管Z1设置在所述比较器U2的正输入端与IGBT的发射极IGBT-E之间。

优选地，所述第一单电源的负极与IGBT的发射极IGBT-E连接。

优选地，所述比较器U2由第一单电源供电。

优选地，所述状态反馈隔离输出电路3包括：第一单电源、第二单电源、光耦芯片U3、三极管Q1、第八电阻R8、以及第九电阻R9；IGBT状态反馈信号V2输入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极与第一单电源的正极连接，三极管Q1的集电极与所述光耦芯片U3的第一输入端连接，所述光耦芯片U3的第二输入端经所述第八电阻R8与IGBT的发射极IGBT-E连接；所述光耦芯片U3由所述第二单电源供电，所述第九电阻R9设置在所述光耦芯片U3的输出端与所述第二单电源的正极之间，所述光耦芯片U3的输出端输出IGBT状态反馈隔离信号。

优选地，所述状态反馈隔离输出电路3还包括第七电阻R7，IGBT状态反馈信号V2经过所述第七电阻R7输入三极管Q1的基极。

优选地，所述光耦芯片U3为ACPL_M43T型光耦芯片。

相应地，本发明还提供了一种用于本发明所提供的IGBT状态检测电路的IGBT状态检测方法，该方法包括：根据接收自主控制器的IGBT开通/关断控制信号以及IGBT状态反馈隔离信号判断IGBT状态。

优选地，根据接收自主控制器的IGBT开通/关断控制信号以及IGBT状态反馈隔离信号判断IGBT状态包括：在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于正常开通状态；在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于异常关断状态；在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于正常关断状态；以及在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于短路状态。

优选地，在判断IGBT处于异常关断状态或短路状态的情况下，进行报警操作。

采用本发明所提供的IGBT状态检测电路和IGBT状态检测方法可以根据IGBT状态检测电路输出的IGBT状态反馈隔离信号和主控制器的IGBT开通/关断控制信号，实时地、有效地、精确地、可靠地确定IGBT状态，更好地保护了电动汽车电机主控制器中的主回路功率器件，提高了电动汽车的安全性，同时本发明所提供的IGBT状态检测电路可以避免或降低对电路元器件的选型特殊要求，电路通用性好，能够有效防止过压危害。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的示例IGBT状态检测电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了更加清楚地阐明本发明的思想，下面将以示例IGBT状态检测电路的电路图来进行详细地说明。图1是根据本发明的一种实施方式的示例IGBT状态检测电路的电路图，如图1所示，该电路包括：IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，用于获取IGBT的集电极和发射极之间电压的分压电压并输出分压电压信号V1至电压比较电路2的输入端；所述电压比较电路2，用于根据所述分压电压信号V1以及预定电压信号Vz判断IGBT状态并输出IGBT状态反馈信号V2至状态反馈隔离输出电路3的输入端；状态反馈隔离输出电路3，用于响应于所述IGBT状态反馈信号V2输出IGBT状态反馈隔离信号。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1可以包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述串联的第一电阻R1和第二电阻R2的两端分别与IGBT的集电极和发射极连接，第一电阻R1与第二电阻R2之间的连接点输出分压电压信号V1。

优选地，直流母线电压的正输入端通过第三电阻R3与IGBT的集电极IGBT-C连接，直流母线电压的负输入端与IGBT的发射极IGBT-E连接。具体地，电动汽车电机主控制器直流母线电压一般范围300V～750V，为减小IGBT的CE极并联分压电路电流，因此，第一电阻R1值可以选取为兆欧级。根据直流母线最低电压值，可以选择合适的第二电阻R2值，以得到分压输出信号V1。例如，当直流母线电压范围为420V～650V，可以选取R1为1MΩ，R2为10KΩ，预定电压信号Vz为3.3V。应当理解的是，上述示例均为用于说明本发明的构思的非局限性示例，本领域技术人员可以根据实际情况(例如直流母线电压的实际范围、其他电路器件的配置要求等)选择适当的第一电阻R1值、第二电阻R2值、第三电阻R3值来配置IGBT状态检测电路。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，所述电压比较电路2可以包括第一单电源、比较器U2、第五电阻R5、以及第六电阻R6；所述第一单电源的正极与所述比较器的正输入端连接，所述分压电压信号V1输入所述比较器U2的负输入端，所述第六电阻R6设置在所述比较器U2的负输入端与所述比较器U2的输出端之间，所述第五电阻R5设置在所述第一单电源的正极与所述比较器U2的输出端之间，所述比较器U2的输出端输出IGBT状态反馈信号V2。以及，所述第一单电源的负极与IGBT的发射极IGBT-E连接。

优选地，所述电压比较电路2还可以包括第四电阻R4和稳压管Z1，所述第四电阻R4设置在所述第一单电源的正极与所述比较器U2的正输入端之间，所述稳压管Z1设置在所述比较器U2的正输入端与IGBT的发射极IGBT-E之间。其中，所述比较器U2由第一单电源供电(其中电源地与IGBT的发射极IGBT-E连接)。例如，所述第一电源可以选择15V单电源，可以选用型号LM2903-Q1的比较器、型号为TZM5226B的稳压管。应当理解的是，上述示例均为用于说明本发明的构思的非局限性示例，本领域技术人员可以根据实际情况选择适当的第一单电源、第五电阻R5、以及第六电阻R6的值，适当型号的比较器、稳压管，来配置IGBT状态检测电路。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，所述状态反馈隔离输出电路3可以包括：第一单电源、第二单电源、光耦芯片U3、三极管Q1、第八电阻R8、以及第九电阻R9；IGBT状态反馈信号V2输入三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极与第一单电源的正极连接，三极管Q1的集电极与所述光耦芯片U3的第一输入端连接，所述光耦芯片U3的第二输入端经所述第八电阻R8与IGBT的发射极IGBT-E连接；所述光耦芯片U3由所述第二单电源供电(其中所述光耦芯片U3的电源输入端与第二单电源的正极连接，所述光耦芯片U3的电源地与第二单电源地连接)，所述第九电阻R9设置在所述光耦芯片U3的输出端与所述第二单电源的正极之间，所述光耦芯片U3的输出端输出IGBT状态反馈隔离信号。

优选地，所述状态反馈隔离输出电路3还可以包括第七电阻R7，IGBT状态反馈信号V2经过所述第七电阻R7输入三极管Q1的基极。例如，所述第一电源可以选择15V单电源，所述第二电源可以选择5V单电源。优选地，所述光耦芯片(U3)可以为ACPL_M43T型光耦芯片，三极管Q1的型号可选用BC807。应当理解的是，上述示例均为用于说明本发明的构思的非局限性示例，本领域技术人员可以根据实际情况选择适当的第一单电源、第二单电源、第七电阻R7、第八电阻R8、以及第九电阻R9的值，适当型号的光耦芯片、三极管，来配置IGBT状态检测电路。

相应地，本发明还提供了一种用于上述实施方式的IGBT状态检测电路的IGBT状态检测方法，该方法可以包括：根据接收自主控制器的IGBT开通/关断控制信号以及上述IGBT状态反馈隔离信号判断IGBT状态。

具体地，考虑到主控制器的IGBT开通/关断控制信号、IGBT的集电极和发射极之间的电压、和IGBT状态存在如下表1所示的关系，因此本发明所提供的IGBT状态检测电路可以将IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1输出的分压电压信号V1与比较器U2的预定电压信号Vz进行实时比较，之后比较器U2将比较结果作为IGBT状态反馈信号V2(高/低电平)输出到状态反馈隔离输出电路3，最后由状态反馈隔离输出电路3实时地输出IGBT状态反馈隔离信号(高/低电平)作为IGBT状态检测结果，并触发相应操作。

表1

本发明的具体工作原理如下：

1、在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于正常导通状态；例如，当主控制器发送IGBT开通控制信号(以直流母线电压范围为420V～650V，第一电阻R1为1MΩ，第二电阻R2为10KΩ、预定电压信号Vz为3.3V为例)，IGBT的集电极和发射极之间的电压差为几伏时，通过IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，输出分压电压信号V1为几十个毫伏，与预定电压信号Vz比较，比较器U2输出IGBT状态反馈信号V2为高电平，使三极管Q1关断，此时光耦芯片U3输出信号IGBT状态反馈隔离信号(IGBT_STATUS_FB)为高电平，并且由于此时接收到的是IGBT开通控制信号，如表1所示，即可以判断IGBT处于正常导通状态(也可以称为正常开通状态)；

2、在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于异常关断状态；例如，当主控制器发送IGBT开通控制信号，IGBT的集电极和发射极之间的电压为直流母线电压值时，通过IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，输出分压电压信号V1最低为4.2V，与预定电压信号Vz比较，比较器U2输出IGBT状态反馈信号V2为低电平，使三极管Q1导通，此时光耦芯片U3输出IGBT状态反馈隔离信号为低电平，并且由于此时接收到的是IGBT开通控制信号，如表1所示，即可以判断IGBT处于异常关断状态；

3、在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于正常关断状态；例如，当主控制器发送IGBT关断控制信号，IGBT的集电极和发射极之间的电压为直流母线电压值，通过IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，分压电压信号V1最低为4.2V，与预定电压信号Vz比较，比较器U2输出IGBT状态反馈信号V2为低电平，使三极管Q1导通，此时光耦芯片U3输出IGBT状态反馈隔离信号为低电平，并且由于此时接收到的是IGBT关断控制信号，如表1所示，即可判断IGBT处于正常关断状态；

4、在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于短路状态；例如，当主控制器发送IGBT关断控制信号，IGBT的集电极和发射极之间的电压差为几伏，通过IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路1，分压电压信号V1为几十个毫伏，与预定电压信号Vz比较，比较器U2输出IGBT状态反馈信号V2为高电平，使三极管Q1关断，此时光耦芯片U3输出IGBT状态反馈隔离信号为高电平，并且由于此时接收到的是IGBT关断控制信号，如表1所示，即可判断IGBT处于短路状态。

优选地，考虑到IGBT处于异常关断状态或短路状态均将对主控器、主控系统、甚至对整个汽车的安全性构成威胁，因此，本发明优选地，在判断IGBT处于异常关断状态或短路状态的情况下，可以进行报警操作。例如，所述报警操作可以包括声光报警和过压保护等适当的警示手段或工具，本发明对此不进行限定。

采用本发明所提供的IGBT状态检测电路可以实现对IGBT状态的实时地、有效地、精确地、可靠地判断，同时避免了或降低了对电路元器件的选型特殊要求，电路通用性好，能够有效防止过压危害。此外，采用本发明所提供的IGBT状态检测方法可以根据IGBT状态检测电路的输出实时地、有效地、精确地、可靠地确定IGBT状态，更好地保护了电动汽车电机主控制器中的主回路功率器件，提高了电动汽车的安全性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种IGBT状态检测电路，其特征在于，该电路包括：

IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路(1)，用于获取IGBT的集电极和发射极之间电压的分压电压并输出分压电压信号(V1)至电压比较电路(2)的输入端；

所述电压比较电路(2)，用于根据所述分压电压信号(V1)以及预定电压信号(Vz)判断IGBT状态并输出IGBT状态反馈信号(V2)至状态反馈隔离输出电路(3)的输入端；

状态反馈隔离输出电路(3)，用于响应于所述IGBT状态反馈信号(V2)输出IGBT状态反馈隔离信号；

所述电压比较电路(2)包括第一单电源、比较器(U2)、第五电阻(R5)、以及第六电阻(R6)；

所述第一单电源的正极与所述比较器(U2)的正输入端连接，所述分压电压信号(V1)输入所述比较器(U2)的负输入端，所述第六电阻(R6)设置在所述比较器(U2)的负输入端与所述比较器(U2)的输出端之间，所述第五电阻(R5)设置在所述第一单电源的正极与所述比较器(U2)的输出端之间，所述比较器(U2)的输出端输出IGBT状态反馈信号(V2)。

2.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，IGBT的集电极和发射极之间的并联分压电路(1)包括串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的两端分别与IGBT的集电极和发射极连接，第一电阻(R1)与第二电阻(R2)之间的连接点输出分压电压信号(V1)。

3.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，直流母线电压的正输入端通过第三电阻(R3)与IGBT的集电极(IGBT-C)连接，直流母线电压的负输入端与IGBT的发射极(IGBT-E)连接。

4.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述电压比较电路(2)还包括第四电阻(R4)和稳压管(Z1)，所述第四电阻(R4)设置在所述第一单电源的正极与所述比较器(U2)的正输入端之间，所述稳压管(Z1)设置在所述比较器(U2)的正输入端与IGBT的发射极(IGBT-E)之间。

5.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述第一单电源的负极与IGBT的发射极(IGBT-E)连接。

6.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述比较器(U2)由第一单电源供电。

7.根据权利要求1所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述状态反馈隔离输出电路(3)包括：第一单电源、第二单电源、光耦芯片(U3)、三极管(Q1)、第八电阻(R8)、以及第九电阻(R9)；IGBT状态反馈信号(V2)输入三极管(Q1)的基极，三极管(Q1)的发射极与第一单电源的正极连接，三极管(Q1)的集电极与所述光耦芯片(U3)的第一输入端连接，所述光耦芯片(U3)的第二输入端经所述第八电阻(R8)与IGBT的发射极(IGBT-E)连接；所述光耦芯片(U3)由所述第二单电源供电，所述第九电阻(R9)设置在所述光耦芯片(U3)的输出端与所述第二单电源的正极之间，所述光耦芯片(U3)的输出端输出IGBT状态反馈隔离信号。

8.根据权利要求7所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述状态反馈隔离输出电路(3)还包括第七电阻(R7)，IGBT状态反馈信号(V2)经过所述第七电阻(R7)输入三极管(Q1)的基极。

9.根据权利要求7或8所述的IGBT状态检测电路，其特征在于，所述光耦芯片(U3)为ACPL_M43T型光耦芯片。

10.一种用于权利要求1-9中任一项权利要求所述的IGBT状态检测电路的IGBT状态检测方法，该方法包括：根据接收自主控制器的IGBT开通/关断控制信号以及IGBT状态反馈隔离信号判断IGBT状态。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据接收自主控制器的IGBT开通/关断控制信号以及IGBT状态反馈隔离信号判断IGBT状态包括：

在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于正常开通状态；

在接收到IGBT开通控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于异常关断状态；

在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为低电平的情况下，判断IGBT处于正常关断状态；以及

在接收到IGBT关断控制信号且IGBT状态反馈隔离信号为高电平的情况下，判断IGBT处于短路状态。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在判断IGBT处于异常关断状态或短路状态的情况下，进行报警操作。