CN107069667A - 一种具备干扰抑制的igbt保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备干扰抑制的IGBT保护电路，包括保护触发模块和干扰抑制模块；所述干扰抑制模块包括E极干扰抑制模块、和/或C极干扰抑制模块；所述E极干扰抑制模块用于获取IGBT的E极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述C极干扰抑制模块用于获取IGBT的C极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述保护触发模块用于比较输入的两路电信号，并触发保护。本发明具有稳定性好、可靠性高、结构简单、无需重新设计驱动电路板、实施成本低等优点。

Description

一种具备干扰抑制的IGBT保护电路
技术领域
本发明涉及一种IGBT电路保护领域，尤其涉及一种具备干扰抑制的IGBT保护电路。
背景技术
随着轨道交通的腾飞，牵引变流器作为一个核心部件在国内的发展也是越来越快，变流器模块作为一种牵引变流器中的核心部件，在实际应用中对其稳定性、可靠性的要求也不断提高。在电力牵引飞速发展的今天，牵引变流器的国产化、自主化进程也变得越来越快。变流器模块常采用的开关器件IGBT，应用的设备包括整流器、逆变器等，以两并联IGBT的三电平模块电路为例，变流器主电路工作电路如图1所示，驱动电路板控制IGBT：T1、T2、T3、T4的工作。而每块IGBT驱动板需要控制一个IGBT或多个并联IGBT。
以三电平IGBT模块为例，其IGBT驱动电路主要完成对IGBT开断的控制，同时对其实现保护。如图2所示，主电路工作时驱动板实时测量IGBT的CE之间的电压值，根据IGBT的工作特性，CE电压值和IGBT的电流值满足一定的关系，所以一般会设定一个保护电压阀值，当CE电压超出这个阀值时，IGBT上流过的电流即为非正常的大电流，此时驱动板就需要启动关断保护断开IGBT，防止主电路过流而引发系统故障。目前已有的驱动电路板基本上能够满足模块的工作需要求，但是，当长期使用时，或者在大电流运行工况下运行时，存在因驱动电路板所受的干扰而导致保护错误触发，导致列车无法正常工作。
干扰的对驱动电路板的影响主要表现在：1、当干扰信号和检测信号正向叠加时，会使得驱动板保护电路判断为主电路过流，使其无法达到正常工作的额定值，使其出现误保护。如图3（a），其中真实电压为Vce、干扰电压Vs、实测电压Vce’，满足：Vce’=Vce+Vs。真实电压Vce在t1时刻电压并未超过阀值Vmax，但实际测到的电压Vce’ 会叠加上一个干扰Vs，使得逻辑电路判断主电路过流，从而启动关断保护，所以在t1时刻出现了误保护。2、当干扰信号和检测信号负向叠加时，会使得保护电路无法判断主电路过流，使得主电路过流运行，存在烧毁的风险。如图3（b）所示，在t1和t2时间段真实电压Vce超多了阀值，此时系统电流超过了保护值，应该关断IGBT进行保护，但是干扰Vs为一个负值，使得检测到的电压Vce’小于阀值Vmax，保护并未实施。
因此，研究具备干扰抑制能力的IGBT保护电路，具有现实的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种稳定性好、可靠性高、结构简单、无需重新设计驱动电路板、实施成本低的具备干扰抑制的IGBT保护电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种具备干扰抑制的IGBT保护电路，包括保护触发模块和干扰抑制模块；所述干扰抑制模块包括E极干扰抑制模块、和/或C极干扰抑制模块；所述E极干扰抑制模块用于获取IGBT的E极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述C极干扰抑制模块用于获取IGBT的C极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述保护触发模块用于比较输入的两路电信号，并触发保护。
作为本发明的进一步改进，所述C极干扰抑制模块包括第一二极管、第一电阻、第一电容和第一运算放大器；所述第一二极管的正极用于接收IGBT的C极电信号，所述第一二极管的负极依次与所述第一电阻、第一运算放大器串联；所述第一运算放大器的输出端将电信号输出至所述保护触发模块；所述第一电容的一端与所述第一运算放大器的输入端连接，另一端接地。
作为本发明的进一步改进，所述第一电阻和第一电容对所述C极电信号的延时时间大于所述第一二极管的恢复时间。
作为本发明的进一步改进，所述E极干扰抑制模块包括第一电抗器、第二电阻、第三电阻、第二电容和第二二极管；所述第一电抗器的一端接收IGBT的E极电信号，另一端与所述第二电阻串联后输出至所述保护触发模块；所述第三电阻与所述第二电容并联，并联的一端与所述第一电抗器的输出端连接，另一端接地；所述第二二极管的正极与所述第二电阻的输出端连接，另一端接地。
作为本发明的进一步改进，所述第二二极管为稳压二极管。
作为本发明的进一步改进，还包括并联干扰抑制模块；所述并联干扰抑制模块连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。
作为本发明的进一步改进，所述并联干扰抑制模块包括第一电感，所述第一电感连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明消除了进入保护触发电路中的干扰信号，从而大大的提高了保护触发的准确性，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
2、本发明结构简单，通过少量器件即可实际对干扰的抑制，不需要重新设计IGBT驱动电路，大大降低了对现有产品的优化改造成本，降低了优化改造周期，经济成本及时间成本低、效率高、方便推广使用。
附图说明
图1为现有技术中变流器所采用的IGBT开关器件主电路示意图。
图2为现有技术中IGBT开关器件驱动保护电路示意图。
图3为现有技术中干扰信号对IGBT保护触发的影响示意图。
图4为本发明具体实施例应用结构示意图。
图5为本发明具体实施例应用结构示意图。
图6为本发明具体实施例应用结构示意图。
图7为本发明具体实施例C极干扰抑制模块电路结构示意图。
图8为本发明具体实施例E极干扰抑制模块电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本实施例的具备干扰抑制的IGBT保护电路，包括保护触发模块和干扰抑制模块；干扰抑制模块包括E极干扰抑制模块、和/或C极干扰抑制模块；E极干扰抑制模块用于获取IGBT的E极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；C极干扰抑制模块用于获取IGBT的C极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；保护触发模块用于比较输入的两路电信号，并触发保护。在本实施例中，E极干扰抑制模块和C极干扰抑制模块可以单独使用，也可以组合使用。如图4所示的电路只包括E极干扰抑制模块，其中IGBT1和IGBT2并联，因此，驱动模块A和驱动模块B可共用一个保护触发模块。如图5所示的电路只包括C极干扰抑制模块，其中IGBT1和IGBT2并联，因此，驱动模块A和驱动模块B可共用一个保护触发模块。如图6所示的电路同时包括E极干扰抑制模块和C极干扰抑制模块，其中IGBT1和IGBT2串联，因此，驱动模块A和驱动模块B分别各设置一个驱动保护模块，分别对IGBT1和IGBT2的C极和E极的电信号进行干扰抑制后，分别发送至各自的保护触发模块。当然，同时包括E极干扰抑制模块和C极干扰抑制模块可以达到最佳的干扰抑制效果。如图4、图5和图6中所示，逻辑运算模块根据变流器的控制单元（TCU）的控制命令进行运算，控制驱动模块A和驱动模块B驱动IGBT1和IGBT2工作，保护触发模块对IGBT的C极和E极间电压进行比较，通过比较电压的大小判断IGBT是否过流，过流则触发保护。
如图7所示，C极干扰抑制模块包括第一二极管D1、第一电阻R1、第一电容和第一运算放大器Y1；第一二极管D1的正极用于接收IGBT的C极电信号，第一二极管D1的负极依次与第一电阻R1、第一运算放大器Y1串联；第一运算放大器Y1的输出端将电信号输出至保护触发模块；第一电容的一端与第一运算放大器Y1的输入端连接，另一端接地。在本实施例中，第一电容可以采用多个，如图7中，包括电容C0和C1。第一电阻R1和第一电容对C极电信号的延时时间大于第一二极管的恢复时间。同时，该延时时间小于变流器系统对IGBT开关响应的最低要求时间。
如图8所示，E极干扰抑制模块包括第一电抗器L1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2和第二二极管D2；第一电抗器L1的一端接收IGBT的E极电信号，另一端与第二电阻R2串联后输出至保护触发模块；第三电阻R3与第二电容C2并联，并联的一端与第一电抗器L1的输出端连接，另一端接地；第二二极管D2的正极与第二电阻R2的输出端连接，另一端接地。其中，第二二极管D2为稳压二极管。
在本实施例中，如图6所示，还包括并联干扰抑制模块；并联干扰抑制模块连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。并联干扰抑制模块包括第一电感，第一电感连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。通过并联干扰抑制模块，可以消除各驱动模块之间的共模干扰，增加驱动模块的稳定性。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：包括保护触发模块和干扰抑制模块；所述干扰抑制模块包括E极干扰抑制模块、和/或C极干扰抑制模块；所述E极干扰抑制模块用于获取IGBT的E极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述C极干扰抑制模块用于获取IGBT的C极电信号，并进行干扰抑制后输出至保护触发模块；所述保护触发模块用于比较输入的两路电信号，并触发保护。
2.根据权利要求1所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：所述C极干扰抑制模块包括第一二极管、第一电阻、第一电容和第一运算放大器；所述第一二极管的正极用于接收IGBT的C极电信号，所述第一二极管的负极依次与所述第一电阻、第一运算放大器串联；所述第一运算放大器的输出端将电信号输出至所述保护触发模块；所述第一电容的一端与所述第一运算放大器的输入端连接，另一端接地。
3.根据权利要求2所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：所述第一电阻和第一电容对所述C极电信号的延时时间大于所述第一二极管的恢复时间。
4.根据权利要求1所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：所述E极干扰抑制模块包括第一电抗器、第二电阻、第三电阻、第二电容和第二二极管；所述第一电抗器的一端接收IGBT的E极电信号，另一端与所述第二电阻串联后输出至所述保护触发模块；所述第三电阻与所述第二电容并联，并联的一端与所述第一电抗器的输出端连接，另一端接地；所述第二二极管的正极与所述第二电阻的输出端连接，另一端接地。
5.根据权利要求4所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：所述第二二极管为稳压二极管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：还包括并联干扰抑制模块；所述并联干扰抑制模块连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。
7.根据权利要求6所述的具备干扰抑制的IGBT保护电路，其特征在于：所述并联干扰抑制模块包括第一电感，所述第一电感连接在两个IGBT的驱动模块的驱动控制信号端之间。
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