CN105006988A - 一种带有加强igbt短路保护功能的逆变电路及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频空调控制技术领域，尤其涉及一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路。该逆变电路包括直流电源及逆变电路，逆变电路的直流母线上串联设置有备用保护IGBT模块，其栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接，当IGBT发生短路时，备用保护IGBT驱动控制模块控制备用保护IGBT模块断开。本申请还提出包括带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的空调系统。本申请通过增设备用保护IGBT模块及其驱动，保障了关键功率器件IGBT的可靠性，实现了其短路保护的备用，减少了驱动控制器保护失效而导致功率模块炸毁，提升了功率模块的安全性，降低了短路故障维修机率。

Description

一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路及空调系统

技术领域

本发明涉及变频空调控制技术领域，尤其涉及一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路及包括该带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的空调系统。

背景技术

在传统能源枯竭及环境污染日益严峻的情况下，人们对节能减排的意识越来越强烈，而对于空调器，进入变频时代无非是更好的迎合“绿色的”概念。其压缩机驱动电源系统通过市电整流成直流电，再通过逆变转换成可调的交流电，去改变空调压缩机的做功，达到变频运行，以适应不同的负载需求，改变了以前定频重复开关压缩机的启动模式，减少了对压缩机启动时的尖峰冲击。这种交-直-交的变频模式，现已应用在大多数空调器产品上。对其机组的过流保护也有几种保护互为备用。但对于变频主拓扑所需IGBT或IPM等功率模块的短路保护，却没有安全可靠的备用措施，其仅有IGBT驱动控制器或IPM上自带的短路保护，一旦驱动控制器或IPM短路保护失效或保护时间延时错误时，功率模块会炸毁，不仅造成了维修成本的增加，也会威胁到人的安全。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，能够保障关键功率器件IGBT的可靠性，实现其短路保护的备用，减少驱动控制器保护失效而导致功率模块炸毁，提升功率模块的安全性，降低短路故障维修机率。

本发明的另一个目的在于提出一种空调系统，该空调系统包括如上所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，包括直流电源及逆变电路，所述逆变电路的直流母线上串联设置有备用保护IGBT模块，所述备用保护IGBT模块的栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接，当IGBT发生短路时，所述备用保护IGBT驱动控制模块控制备用保护IGBT模块断开。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，与所述直流母线连接的直流电源为至少一个光伏电池板和/或整流电路。。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，所述整流电路为单相整流电路或三相整流电路。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，与所述整流电路连接的电源为单相市电或三相市电。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，所述整流电路包括若干个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，若干个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，还包括与所述逆变电路连接的变频负载，所述变频负载为压缩机或风机。

作为一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的优选方案，所述逆变电路包括若干个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，若干个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

一种空调系统，包括如以上任一项所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路。

本发明的有益效果为：本申请带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路包括直流电源及逆变电路，逆变电路的直流母线上串联设置有备用保护IGBT模块，备用保护IGBT模块的栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接，当IGBT发生短路时，备用保护IGBT驱动控制模块控制备用保护IGBT模块断开。本申请通过增设备用保护IGBT模块及其驱动，保障了关键功率器件IGBT的可靠性，实现了其短路保护的备用，同时，减少了驱动控制器保护失效而导致功率模块炸毁，提升了功率模块的安全性，降低了短路故障维修机率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图；

图2是本发明实施例二提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图；

图3是本发明实施例三提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图；

图4是本发明实施例四提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图；

图5是本发明实施例五提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图。

图中：

1：逆变电路；2：备用保护IGBT模块；3：光伏电池板；4：整流电路；5：变频负载。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

实施例一

虽然，现有的空调逆变电路上具有短路保护的功能，但是由于短路保护的特殊性，其电流保护值远超过实际元器件的额定范围，不能通过电流传感器采样作以保护，又由于IGBT的短路保护是通过其开通时VCE(sat)的值做间接保护的，其有一个退饱和关断时间，如果短路保护VCE(sat)的值设置不当或时间调整不当，就会发生大电流关断的情况，从而很有可能超过短路安全工作区(SCSOA)所限定的边缘最大值而损坏。针对上述问题，在本实施方式中通过在直流母线上串联一备用保护IGBT模块及备用保护IGBT驱动控制模块，以提高空调短路保护的可靠性和安全性。

图1是实施例一提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图。本实施例提出一种可应用于空调系统中的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，该逆变电路包括直流电源、逆变电路1和变频负载5，逆变电路1的直流母线上串联设置有备用保护IGBT模块2，备用保护IGBT模块2的栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接，当IGBT发生短路时，备用保护IGBT驱动控制模块控制备用保护IGBT模块2断开。本实施例的变频负载5优选为压缩机。

在本实施例中，与直流母线连接的直流电源为三相整流电路，该三相整流电路的整流电路4包括6个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，6个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。同理，逆变回路包括6个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，6个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

作为优选方案，该备用保护IGBT模块2优选为一个IGBT器件，备用保护IGBT模块2的集电极与直流电源连接，发射极与逆变电路连接，栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接。其中，备用保护IGBT模块2在空调器正常工作时不动作，做常闭触点；在空调器发生短路时，如自身逆变电路1的IGBT驱动控制模块未可靠保护，其做备用短路保护使用。

上述备用保护IGBT模块2在选取中应该满足以下条件，该备用保护IGBT模块2应该比直流环节的主拓扑功率模块大一功率等级，设置相对于主拓扑驱动控制器自身短路保护值同一等级或稍高的短路保护值，而其值应设置在此备用保护IGBT模块2的额定范围内，加以短延时或不延时，以满足对变频主拓扑的IGBT的备用短路保护。

以图1的逆变电路1为例进行说明，其工作过程具体如下：

当在空调器正常工作时，三相市电通过整流电路4转换为直流电，再通过逆变电路1转换为频率可调的三相交流电。备用保护IGBT模块2通过搭载的备用保护IGBT驱动控制模块使其长闭，不影响正常变频功能。

当电路发生过流时，由于逆变电路1的6个IGBT单元(或IPM)的额定电流值本身就大于空调器额定功率运行时所需的电流值，即选型留有一定裕量，所以当发生过流时有相应的软、硬件过流保护可以安全动作，关断所有整流电路4和逆变电路1的功率器件，而不损坏IGBT功率器件，此时备用保护IGBT模块2依然长闭。

当电路发生短路时，其实际电流值超出电流传感器额定检测范围，导致输出采样数据失真而失效；同时，备用保护IGBT驱动控制模块采样备用保护IGBT模块的特性参数VCE(sat)，根据备用保护IGBT模块2的输出特性曲线，而间接判定备用短路保护启动与否，且使备用保护IGBT模块2退饱和后再关断，或发生第一类短路(桥壁短路)时，备用保护IGBT驱动控制模块检测电流的变化率di/dt，而直接判定备用短路保护启动与否。

为减小短路时大的关断尖峰，需经过一定的延时。如果此保护延时接近10μs的短路耐受时间还未动作，备用短路保护启动并断开；或为减少每次短路时大的电压、电流尖峰(超出IGBT模块额定值)对IGBT模块的冲击，设定备用短路保护电流值为整流、逆变主拓扑用IGBT模块SCSOA边缘最大值，即可保护IGBT关键功率器件的安全和可靠。

实施例二

图2是实施例二提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图，该逆变电路可应用于空调系统中，该实施例提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的结构与实施例一所述的逆变电路的结构区别之处在于：

在本实施例中，与直流母线连接的直流电源为单相整流电路，该单相整流电路的交流电源为单相市电，该单相整流电路的整流电路4包括4个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，4个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

除以上结构不同之外，其余电路的器件结构及其连接方式与实施例一所述的器件结构及其连接方式相同，其电路的工作原理也与实施例一所述的工作原理相同，在此不再赘述。

实施例三

图3是实施例三提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图，该逆变电路可应用于空调系统中，该实施例提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的结构与实施例一所述的逆变电路的结构区别之处在于：

在本实施例中，在实施例一所述逆变电路的结构基础上稍作改进：直流电源包括并联连接的一个光伏电池板3和三相整流电路，该三相整流电路的交流电源为三相市电，整流电路4的输入端与三相市电连接，整流电路4和光伏电池板3并联后与逆变电路1的输入端连接。优选的，光伏电池板3的负极和正极分别与逆变电路1和备用保护IGBT模块2连接。

除以上结构不同之外，其余电路的器件结构及其连接方式与实施例一所述的器件结构及其连接方式相同，其电路的工作原理也与实施例一所述的工作原理相同，在此不再赘述。

实施例四

图4是实施例四提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图，该逆变电路可应用于空调系统中，该实施例提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的结构与实施例二所述的逆变电路的结构区别之处在于：

在本实施例中，在实施例二所述逆变电路的结构基础上稍作改进：

直流电源包括并联连接的一个光伏电池板3和单相整流电路，该单相整流电路的交流电源为单相市电，整流电路4的输入端与单相市电连接，整流电路4和光伏电池板3并联后与逆变电路1的输入端连接。优选的，光伏电池板3的负极和正极分别与逆变电路1和备用保护IGBT模块2连接。

除以上结构不同之外，其余电路的器件结构及其连接方式与实施例二所述的器件结构及其连接方式相同，其电路的工作原理与实施例一所述的工作原理相同，在此不再赘述。

实施例五

图5是实施例五提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的电路图，该逆变电路可应用于空调系统中，该实施例提供的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路的结构与实施例一所述的逆变电路的结构区别之处在于：

在本实施例中，在实施例一所述逆变电路的结构基础上稍作改进：直流电源包括若干个光伏电池板3，若干个光伏电池板3的输出端与逆变电路1的输入端连接。具体的，若干个光伏电池板3共同作为直流电源为负载提供直流电，优选的，若干个光伏电池板3的负极和正极均分别与逆变电路1和备用保护IGBT模块2连接。

此外，变频负载5可以为风机或其他负载。

除以上结构不同之外，其余电路的器件结构及其连接方式与实施例二所述的器件结构及其连接方式相同，其电路的工作原理与实施例一所述的工作原理相同，在此不再赘述。

本申请的整流电路不局限于上述的三相整流电路和单相整流电路，还可以为不控整流电路或全控整流电路或PFC整流电路。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，包括直流电源及逆变电路(1)，其特征在于，所述逆变电路(1)的直流母线上串联设置有备用保护IGBT模块(2)，所述备用保护IGBT模块(2)的栅极与备用保护IGBT驱动控制模块连接，当IGBT发生短路时，所述备用保护IGBT驱动控制模块控制备用保护IGBT模块(2)断开。

2.根据权利要求1所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，与所述直流母线连接的直流电源为至少一个光伏电池板(3)和/或整流电路(4)。

3.根据权利要求2所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，所述整流电路(4)为单相整流电路或三相整流电路。

4.根据权利要求3所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，与所述整流电路(4)连接的电源为单相市电或三相市电。

5.根据权利要求1-4任一项所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，所述整流电路(4)包括若干个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，若干个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

6.根据权利要求1所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，还包括与所述逆变电路(1)连接的变频负载(5)，所述变频负载(5)为压缩机或风机。

7.根据权利要求1所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路，其特征在于，所述逆变电路(1)包括若干个IGBT单元及IGBT驱动控制模块，IGBT驱动控制模块与IGBT单元的栅极连接，若干个IGBT单元包括一个上桥IGBT和一个下桥IGBT。

8.一种空调系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的带有加强IGBT短路保护功能的逆变电路。