CN104979806B - 一种igbt过温保护电路以及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT过温保护电路，包括：温度采样转换电路、输入滤波电路、钳位电路以及DSP控制器。其中，温度采样转换电路采样待检测IGBT的温度，并将温度转换成第一电压。输入滤波电路对第一电压进行滤波处理。钳位电路对输入滤波电路的输出电压进行钳位。DSP控制器检测到输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或输出电压高于第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到输出电压高于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管关断。可见，发明提供的一种IGBT过温保护电路克服了现有技术中IGBT需降温至50度才可以重新工作的问题，IGBT使用效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及电学电路领域，更具体的说，是涉及一种IGBT过温保护电路以及保护方法。
背景技术
IGBT作为现代电力半导体器件的核心组件，兼具功率MOS易于驱动、控制简单、开关频率高以及BJT的导通电压低、通态电流大、损耗小的优点，在电气传动、机车牵引、节能家电、新型能源等方面得到广泛的应用。
而IGBT基本工作于高电压大电流条件下，会经常发生损坏，而长时间过温是其损坏的主要原因之一。现有技术中，为了防止IGBT温度过高，设置有IGBT过温保护电路，其由NTC热敏电阻、正相滞环比较电路、隔离电路、三态八位转换器等组成。
当IGBT壳温低于50度时，滞环比较器输出低电平，光耦开通输出低电平，使能三态八位转换器，PWM信号正常输出。壳温增大到100度，PWM仍正常输出。当壳温大于100度，滞环比较器输出高电平，光耦关闭，输出为高电平，三态位转换器被禁止，PWM信号被封锁，IGBT进入过温保护。
而当IGBT壳温从100度减小到50度时，滞环比较器输出仍为高电平，PWM信号被封锁，IGBT仍然被过温保护。当IGBT壳温从50度向下减小时，滞环比较器输出低电平，光耦开通输出低电平，使能三态八位转换器，PWM信号正常输出，IGBT过温保护解除。
发明人发现，现有技术中IGBT在开关状态下，壳温在70-80度属于正常情况，上述过温保护电路限定了IGBT需降温至50度以下才重新开启工作，降低了IGBT的使用效率和整机性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种IGBT过温保护电路以及保护方法，以克服现有技术中IGBT需降温至50度才可以重新工作，IGBT使用效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种IGBT过温保护电路，包括：
采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压的温度采样转换电路；
与所述温度采样转换电路相连，对所述第一电压进行滤波处理的输入滤波电路；
与所述输入滤波电路相连，对所述输入滤波电路的输出电压进行钳位的钳位电路；
与所述钳位电路相连的，检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断的DSP控制器。
优选的，所述温度采样转换电路包括：热敏电阻以及第一电阻；
所述热敏电阻的一端与电源Vc相连，所述热敏电阻的另一端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端接地，所述热敏电阻的第二端作为所述温度采样转换电路的输出端。
优选的，所述输入滤波电路包括：第二电阻以及第一电容；
所述第二电阻的一端与所述温度采样转换电路的输出端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端接地；所述第一电容的第一端作为所述输入滤波电路的输出端。
优选的，所述钳位电路包括：第一二极管以及第二二极管；
所述第一二极管的阴极接第二电源，所述第一二极管的阳极接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极接地。
优选的，所述DSP控制器为型号为DSP2812的处理器。
优选的，所述第一二极管以及所述第二二极管为双管封装的二极管或稳压管。
一种IGBT过温保护方法，包括：
采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压；
将所述第一电压进行滤波处理；
将所述输入滤波电路的输出电压进行钳位；
当检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；
当检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种IGBT过温保护电路，包括：温度采样转换电路、输入滤波电路、钳位电路以及DSP控制器。其中，温度采样转换电路采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压。输入滤波电路与所述温度采样转换电路相连，对所述第一电压进行滤波处理。钳位电路与所述输入滤波电路相连，对所述输入滤波电路的输出电压进行钳位。DSP控制器检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断。可见，发明提供的一种IGBT过温保护电路克服了现有技术中IGBT需降温至50度才可以重新工作的问题，IGBT使用效率提高。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种IGBT过温保护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种IGBT过温保护方法的流程图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
IGBT：绝缘栅双极型晶体管，由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。
DSP：数字信号处理器，以数字信号来处理大量信息的器件。
NTC热敏电阻：指温度上升，阻值呈指数关系减小的具有负温度系数的热敏电阻。
PWM：脉冲宽度调制，用作IGBT栅极的控制信号。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1，为本发明提供一种IGBT过温保护电路，包括：温度采样转换电路101、输入滤波电路102、钳位电路103以及DSP控制器104。
其中，温度采样转换电路采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压。输入滤波电路与所述温度采样转换电路相连，对所述第一电压进行滤波处理。钳位电路与所述输入滤波电路相连，对所述输入滤波电路的输出电压进行钳位。DSP控制器检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断。
可见，发明提供的一种IGBT过温保护电路克服了现有技术中IGBT需降温至50度才可以重新工作的问题，IGBT使用效率提高。
优选的，本实施例还提供了各个电路的具体实现方式，如下：
所述温度采样转换电路包括：热敏电阻以及第一电阻。
所述热敏电阻的一端与电源Vc相连，所述热敏电阻的另一端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端接地，所述热敏电阻的第二端作为所述温度采样转换电路的输出端。
优选的，所述输入滤波电路包括：第二电阻以及第一电容；
所述第二电阻的一端与所述温度采样转换电路的输出端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端接地；所述第一电容的第一端作为所述输入滤波电路的输出端。
优选的，所述钳位电路包括：第一二极管以及第二二极管；
所述第一二极管的阴极接第二电源，所述第一二极管的阳极接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极接地。
优选的，所述DSP控制器为型号为DSP2812的处理器。
优选的，所述第一二极管以及所述第二二极管为双管封装的二极管或稳压管。
结合上述连接关系，本发明提供的各电路的工作原理如下：
在温度采样转换电路中，NTC热敏电阻R1将IGBT壳温转换成变化电压，壳温越高，采样电压越高，通过设定Vc和R2的值，确定采样信号电压的范围和电流大小。
例如当电压Vc为5V，电阻R2为5kΩ时，R1取R（25℃）=50kΩ的NTC电阻。壳温变化25℃～85℃时，R1=50kΩ～5.31kΩ，采样电压为0.456V～2.425V，电流大小为0.09mA～0.48mA。
而输入滤波电路是对ADC输入信号进行滤波，减少高频信号干扰。钳位电路由二极管D1和D2组成，对输入到DSP控制器的信号进行钳位（0-3V），保护DSP端口。
需要说明的是，本实施例中，采用DSP控制器U1为型号为DSP2812的处理器。
具体的，DSP2812的12位ADC模块对输入模拟电压信号进行采样处理分析，根据不同型号的IGBT以及具体应用中正常工作温度和可承受温度大小，将温度状态分为三种情况：未过温，高温警戒和过温。
例如型号为IHW20N120R3的IGBT在某电磁炉应用时，其正常工作温度一般在60℃～80℃左右，数据手册中工作结温为-40℃～175℃，考虑结温与NTC热敏电阻实际安装位置，可以设定低于或等于85℃时为未过温状态，高于85℃而低于或等于110℃时为高温警戒状态，温度高于110℃时为过温状态。
DSP2812通过控制输出或关闭PWM信号，从而控制IGBT驱动的开通关断进行保护。具体过程如下：
1）未过温时，即采样电压值低于或等于某值（设为V1），PWM正常输出，IGBT驱动正常工作。
2）高温警戒时，即采样电压值高于V1，而低于或等于过温临界值（设为V2），DSP2812以某频率进行加1计数，当状态切换为未过温时，计数减1。计数累计至警戒值m时，进行高温保护，此时通过软件改变PWM输出频率和占空比，调整整机功率。计数累计至警戒值n时，关断PWM输出。
3）过温时，即采样电压高于V2，根据DSP短时间多次采样结果，排除偶发干扰的情况下，直接关断PWM输出，直至采样电压降至V1，过温保护解除，PWM正常输出。
在上述本发明提供的实施例的基础上，本实施例还提供了一种IGBT过温保护方法，如图2所示，包括步骤：
S101：采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压；
S102：将所述第一电压进行滤波处理；
S103：将所述输入滤波电路的输出电压进行钳位；
S104：当检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；当检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断。
其工作原理请参见上述IGBT过温保护电路的工作原理。
综上所述：本发明提供了一种IGBT过温保护电路，包括：温度采样转换电路、输入滤波电路、钳位电路以及DSP控制器。其中，温度采样转换电路采样待检测IGBT的温度，并将温度转换成第一电压。输入滤波电路对第一电压进行滤波处理。钳位电路对输入滤波电路的输出电压进行钳位。DSP控制器检测到输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或输出电压高于第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到输出电压高于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管关断。可见，发明提供的一种IGBT过温保护电路克服了现有技术中IGBT需降温至50度才可以重新工作的问题，IGBT使用效率提高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所提供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这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种IGBT过温保护电路，其特征在于，包括：
采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压的温度采样转换电路；
与所述温度采样转换电路相连，对所述第一电压进行滤波处理的输入滤波电路；
与所述输入滤波电路相连，对所述输入滤波电路的输出电压进行钳位的钳位电路；
与所述钳位电路相连的，检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断的DSP控制器；
其中，所述钳位电路包括：第一二极管以及第二二极管；
所述第一二极管的阴极接第二电源，所述第一二极管的阳极接所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极接地。
2.根据权利要求1所述的IGBT过温保护电路，其特征在于，所述温度采样转换电路包括：热敏电阻以及第一电阻；
所述热敏电阻的一端与电源Vc相连，所述热敏电阻的另一端与所述第一电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端接地，所述热敏电阻的第二端作为所述温度采样转换电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的IGBT过温保护电路，其特征在于，所述输入滤波电路包括：第二电阻以及第一电容；
所述第二电阻的一端与所述温度采样转换电路的输出端相连，所述第二电阻的另一端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端接地；所述第一电容的第一端作为所述输入滤波电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的IGBT过温保护电路，其特征在于，所述DSP控制器为型号为DSP2812的处理器。
5.根据权利要求1所述的IGBT过温保护电路，其特征在于，所述第一二极管以及所述第二二极管为双管封装的二极管或稳压管。
6.一种IGBT过温保护方法，应用于权利要求1所述的电路，其特征在于，包括：
采样待检测IGBT的温度，并将所述温度转换成第一电压；
将所述第一电压进行滤波处理；
将所述输入滤波电路的输出电压进行钳位；
当检测到所述输入滤波电路的输出电压低于第一预设电压值或所述输出电压高于所述第一预设电压值且小于第二预设电压值时，控制IGBT驱动电路中开关管闭合；
当检测到所述输出电压高于所述第二预设电压值时，控制所述IGBT驱动电路中开关管关断。
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