CN106451368A - 并联晶体管保护电路、保护方法、汽车逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了并联晶体管保护电路、保护方法、汽车逆变器系统，其中，该电路包括：控制器；多个并联的晶体管；以及检测保护电路；其中，检测保护电路的输入端与控制器的信号输出端连接，检测保护电路的输出端与多个并联的晶体管连接，用于在晶体管出现故障时关断控制器对多个并联的晶体管的信号输出，以实现对晶体管的保护。本发明解决了现有技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题，实现对并联的IGBT电路和/或包含该电路的系统进行更可靠的保护。

Description

并联晶体管保护电路、保护方法、汽车逆变器系统
技术领域
本发明涉及电气保护技术领域，具体而言，涉及一种并联晶体管保护电路、保护方法、汽车逆变器系统。
背景技术
在纯电动大巴的开发中，对逆变系统的额定功率和过载工况下的功率要求都很高，但是由于单个的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)带载能力是有限的，为了满足大输出功率的要求，一般采用IGBT并联方案，如图1所示，在并联方式中，控制IGBT开关的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号由处理器(控制器)发出，经过隔离及施密特反相器的整形后，分成两路控制信号发送到IGBT的驱动电路，控制IGBT开关；当发生故障时，驱动电路产生故障信号经过隔离，发送到处理器(控制器)中，由处理器(控制器)通过软件关断控制信号，保护IGBT模块。
在这种IGBT的控制方式中，当并联模块中的一个IGBT发生故障时，驱动电路立即关闭该IGBT模块，同时将故障信号发送给处理器(控制器)；当处理器(控制器)不能及时地发出关断信号时，另一个IGBT模块仍在工作，在大负载功率的情况下，功率全部由该IGBT输出，其电流急剧地增加，温度快速升高，很容易造成IGBT模块和汽车逆变器系统的损坏。
针对相关技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种并联晶体管保护电路、保护方法、汽车逆变器系统，以至少解决现有技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种并联晶体管保护电路，该电路包括：控制器；多个并联的晶体管；以及检测保护电路；其中，检测保护电路的输入端与控制器的信号输出端连接，检测保护电路的输出端与多个并联的晶体管连接，用于在晶体管出现故障时关断控制器对多个并联的晶体管的信号输出，以实现对晶体管的保护。
进一步地，检测保护电路包括：逻辑控制电路，第一输入端与控制器的信号输出端连接，第二输入端与多个并联的晶体管的故障信号连接，输出端与多个并联的晶体管连接，用于在晶体管在多个并联的晶体管的任一晶体管出现故障信号时，关断与出现故障信号的晶体管并联的晶体管。
进一步地，逻辑控制电路包括：与非门逻辑控制电路；以及反相逻辑控制电路；其中，与非门逻辑控制电路的输入端分别为控制器的输出信号、多个并联的晶体管的故障信号连接，与非门逻辑控制电路的输出端与反相逻辑控制电路的输入端连接，反相逻辑控制电路的输出端与多个并联的晶体管连接。
进一步地，检测保护电路还包括：第一信号隔离电路，第一端与控制器的信号输出端连接，第二端与与非门逻辑控制电路的输入端连接，用于进行电气隔离。
进一步地，检测保护电路还包括：第二信号隔离电路，第一端与控制器的信号输出端连接，第二端与多个并联的晶体管的故障信号连接，用于进行电气隔离。
进一步地，该电路还包括：驱动电路，设置于反相逻辑控制电路和多个并联的晶体管之间，用于驱动晶体管，并提供晶体管的故障信号。
进一步地，反相逻辑控制电路包括：施密特反相器。
进一步地，上述的晶体管为IGBT。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种并联晶体管保护电路的保护方法，其中，并联晶体管保护电路，包括：控制器、多个并联的晶体管、以及检测保护电路，该方法包括：检测保护电路接收用于表征晶体管是否出现故障的信号；检测保护电路在接收到表征晶体管出现故障的故障信号时，关断控制器对多个并联的晶体管的信号输出，以实现对晶体管的保护。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种汽车逆变器系统，该系统包括上述的并联晶体管保护电路。
在本发明中，对并联的晶体管进行电气保护时，设置了检测保护电路，该检测保护电路在并联的晶体管模块中的某一路发生故障时封锁控制器对晶体管的输出控制信号，快速关断与故障晶体管并联的晶体管，这种保护方式有效地解决了现有技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题，实现对并联的IGBT电路和/或包含该电路的系统进行更可靠的保护。
附图说明
图1是现有技术中一种并联的晶体管的电路工作示意图；
图2是根据本发明实施例中并联晶体管保护电路的一种可选的结构框图；
图3是根据本发明实施例中并联晶体管保护电路的一种可选的电路工作示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
下面结合附图对本发明提供的并联晶体管保护电路进行说明。
本发明提供的并联晶体管保护电路汽车、电动汽车等逆变器系统中，也可以应用在其他采用并联或多并联晶体管的工作场合，具体地，图2示出本并联晶体管保护电路的一种可选的结构框图，如图2所示，并联晶体管保护电路包括：控制器10；多个并联的晶体管30，如两个并联的IGBT或IGBT模块；以及检测保护电路20；其中，检测保护电路20的输入端与控制器10的信号输出端连接，检测保护电路20的输出端与两个并联的晶体管30连接，用于在晶体管30出现故障时关断控制器对两个并联的晶体管30的信号输出，以实现对晶体管30的保护。优选地，并联的晶体管还与控制器10连接(图中未示出)，用于在出现故障时同时将故障信号反馈给控制器10，以便控制器执行对应的控制方案。。
在上述的实施方式中，对并联的晶体管进行电气保护时，设置了检测保护电路，该检测保护电路在并联的晶体管模块中的某一路发生故障时封锁控制器对晶体管的输出控制信号，快速关断与故障晶体管并联的晶体管，这种保护方式有效地解决了现有技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题，实现对并联的IGBT电路和/或包含该电路的系统进行更可靠的保护。
在一个可选的实施方式中，检测保护电路包括：逻辑控制电路，第一输入端与控制器的信号输出端连接，第二输入端与多个并联的晶体管的故障信号连接，输出端与多个并联的晶体管连接，用于在晶体管在多个并联的晶体管的任一晶体管出现故障信号时，关断与出现故障信号的晶体管并联的晶体管。
具体实现上述实施方式时，优选地，逻辑控制电路可以包括：与非门逻辑控制电路；以及反相逻辑控制电路，该与非门逻辑控制电路可以为多个元器件连接组成的具备与非门控制逻辑的实体电路，也可以是具有该功能的集成芯片；该反相逻辑控制电路可以为多个元器件连接组成的具备与反相控制逻辑的实体电路，也可以是具有该功能的集成产品，如反相器(施密特反相器)。具体来说，与非门逻辑控制电路的输入端分别为控制器的输出信号、多个并联的晶体管的故障信号连接，与非门逻辑控制电路的输出端与反相逻辑控制电路的输入端连接，反相逻辑控制电路的输出端与多个并联的晶体管连接。
为了提高电路的安全性，优选地，检测保护电路还包括：第一信号隔离电路，第一端与控制器的信号输出端连接，第二端与与非门逻辑控制电路的输入端连接，用于进行电气隔离。
进一步地，检测保护电路还包括：第二信号隔离电路，第一端与控制器的信号输出端连接，第二端与多个并联的晶体管的故障信号连接，用于进行电气隔离。
此外，该并联晶体管保护电路还包括：驱动电路，设置于反相逻辑控制电路和多个并联的晶体管之间，用于驱动晶体管，并提供晶体管的故障信号。
在上述电路中，在位于信号隔离器件与施密特反相器之间串联一个与非门逻辑控制电路，与非门逻辑控制电路一个输入信号是控制器输出的PWM控制信号，另外两路输入是并联的晶体管的故障信号。当并联晶体管中的某一路发生故障时，故障信号发送到处理器(控制器)的同时，还通过与非门的逻辑功能封锁PWM控制信号，快速关断另一个晶体管，这种晶体管保护方案能够有效地保护并联的晶体管电路和包含该电路的系统。
下面结合附图3和具体示例来对上述电路的实施进行具体阐述，以便更好的理解本方案：
在电动汽车逆变器用并联IGBT的驱动控制电路中，串联一个与非逻辑门器件，位于信号隔离器件与施密特反相器之间，与非门的一路输入时PWM控制信号，另外两路输入是并联IGBT的故障信号。当并联模块中的某一路发生故障时，故障信号发送到处理器(控制器)，同时通过与非门的逻辑功能封锁PWM控制信号，快速关断另一个IGBT模块，这种IGBT保护方法能够有效地保护并联的IGBT模块和逆变器。
上述电路的工作原理如下：
如图3所示，处理器(控制器)发出的PWM控制信号经过隔离器件(一般为光电隔离)后，PWM控制信号的逻辑不会变化，然后进入施密特与非门作为它的一路输入，与非门的另外两路输入分别是并联IGBT模块的两路故障信号。当并联IGBT正常工作时，即无故障产生的时候，故障信号为高电平，经过与非门的逻辑运算后，PWM控制信号逻辑发生翻转，即高电平变为低电平，低电平变成高电平；再经过施密特反相器地一次反相后，信号逻辑再次翻转。此时的PWM控制信号的逻辑与处理器(控制器)发出的PWM控制信号的逻辑相同；最后，控制信号进入驱动电路控制IGBT的通断。IGBT正常工作时，故障信号对PWM控制信号无影响。当并联IGBT中的某一个出现故障时，故障信号为低电平，经过与非门和反相器后，处理器(控制器)发出的PWM控制信号为高电平或低电平时，进入到驱动电路的控制信号始终为低电平，即关断IGBT模块；同时，故障信号发送到处理器(控制器)中，使其不再发送PWM控制信号。与图1中只通过处理器(控制器)软件方式关断PWM控制信号相比，本发明所提出的保护方法更快速、可靠，能够有效地保护并联的IGBT模块和逆变器。
实施例2
基于上述实施例1中提供的并联晶体管保护电路，本发明可选的实施例2还提供了一种并联晶体管保护电路的保护方法，其中，并联晶体管保护电路，包括：控制器、多个并联的晶体管、以及检测保护电路，该方法包括：检测保护电路接收用于表征晶体管是否出现故障的信号；检测保护电路在接收到表征晶体管出现故障的故障信号时，关断控制器对多个并联的晶体管的信号输出，以实现对晶体管的保护。
实施例3
基于上述实施例1中提供的并联晶体管保护电路，本发明可选的实施例3还提供了一种汽车逆变器系统，如纯电动大巴车的逆变器系统等。该系统包括上述的并联晶体管保护电路。关于并联晶体管保护电路的组成和原理参见实施例1和实施例2中所记载，此处不再赘述.
从以上描述中可以看出，在本发明提供的实施方式中，对并联的晶体管进行电气保护时，设置了检测保护电路，该检测保护电路在并联的晶体管模块中的某一路发生故障时封锁控制器对晶体管的输出控制信号，快速关断与故障晶体管并联的晶体管，这种保护方式有效地解决了现有技术中并联的IGBT中一个IGBT出现故障后，可能造成其它IGBT或整个系统损坏的问题，实现对并联的IGBT电路和/或包含该电路的系统进行更可靠的保护。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种并联晶体管保护电路，其特征在于，包括：
控制器；
多个并联的晶体管；以及
检测保护电路；
其中，所述检测保护电路的输入端与所述控制器的信号输出端连接，所述检测保护电路的输出端与所述多个并联的晶体管连接，用于在所述晶体管出现故障时关断所述控制器对所述多个并联的晶体管的信号输出，以实现对所述晶体管的保护。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测保护电路包括：
逻辑控制电路，第一输入端与所述控制器的信号输出端连接，第二输入端与所述多个并联的晶体管的故障信号连接，输出端与所述多个并联的晶体管连接，用于在所述晶体管在所述多个并联的晶体管的任一晶体管出现故障信号时，关断与所述出现故障信号的晶体管并联的晶体管。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：
与非门逻辑控制电路；以及
反相逻辑控制电路；
其中，所述与非门逻辑控制电路的输入端分别为所述控制器的输出信号、所述多个并联的晶体管的故障信号连接，所述与非门逻辑控制电路的输出端与所述反相逻辑控制电路的输入端连接，所述反相逻辑控制电路的输出端与所述多个并联的晶体管连接。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述检测保护电路还包括：
第一信号隔离电路，第一端与所述控制器的信号输出端连接，第二端与所述与非门逻辑控制电路的输入端连接，用于进行电气隔离。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述检测保护电路还包括：
第二信号隔离电路，第一端与所述控制器的信号输出端连接，第二端与所述多个并联的晶体管的故障信号连接，用于进行电气隔离。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，还包括：
驱动电路，设置于所述反相逻辑控制电路和所述多个并联的晶体管之间，用于驱动所述晶体管，并提供所述晶体管的故障信号。
7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述反相逻辑控制电路包括：施密特反相器。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电路，其特征在于，所述晶体管为IGBT。
9.一种并联晶体管保护电路的保护方法，其特征在于，所述并联晶体管保护电路，包括：控制器、多个并联的晶体管、以及检测保护电路，所述方法包括：
所述检测保护电路接收用于表征所述晶体管是否出现故障的信号；
所述检测保护电路在接收到表征所述晶体管出现故障的故障信号时，关断所述控制器对所述多个并联的晶体管的信号输出，以实现对所述晶体管的保护。
10.一种汽车逆变器系统，其特征在于，包括如权利要求1至8所述的并联晶体管保护电路。
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