CN107094007B - 一种igbt过流保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT过流保护方法和装置，该方法包括：实时获取所述IGBT开通后的集射电压；根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护。由此，实现了根据时间(时间对应IGBT的工作阶段)设置相应的保护电压，从而在快速保护的同时保证了检测的可靠性。

Description

一种IGBT过流保护方法和装置
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体涉及一种IGBT过流保护方法和装置。
背景技术
绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既具有功率MOSFET输入阻抗高、工作速度快、易驱动的优点，又具有双极达林顿功率管GTO饱和电压低、电流容量大、耐压高等优点，能正常工作于几十KHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率设备(如变频器、UPS 电源、高频焊机等)应用中占据了主导地位。
IGBT驱动器通常采用监测集射极电压Uce实现IGBT的过流保护，其原理是某一温度时IGBT的Uce随着IGBT电流的增加而增加，如图1所示。传统的IGBT驱动器一般只具有一段Uce电压检测功能，因此仅能实现一段过流检测与保护功能。通常该段Uce电压检测的阈值比较高，只有IGBT 发生严重过流故障时，保护才会起作用，但是该情况下IGBT承受过流的能力已经有限，要求IGBT驱动器快速保护IGBT，否则会出现IGBT损毁。然而，如果一味的追求快速保护而减少检测时间，则检测的可靠性会下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，现有的IGBT过流保护方法，难以在快速保护IGBT的同时保证检测的可靠性。
为此，本发明实施例提供了一种IGBT过流保护方法，包括：实时获取所述IGBT开通后的集射电压；根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护。
可选的，所述预存的保护电压与时间曲线由以下步骤获取：获取多个保护电压；获取对应每个所述保护电压的检测时间；根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阈值；组合所述多段保护阈值为台阶状曲线，以逐级逼近所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
可选的，所述保护电压是所述IGBT的二倍到六倍额定电流所对应的集射电压。
可选的，所述获取对应每个所述保护电压的检测时间包括：为较低的所述保护电压获取较长的检测时间，为较高的所述保护电压获取较短的检测时间。
可选的，所述预存的保护电压与时间曲线由以下步骤获取：拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。
可选的，所述平移后的曲线略高于所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
可选的，所述拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线包括：通过数模转换器拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
本发明实施例还提供了一种IGBT过流保护装置，包括：集射电压采集单元，用于实时获取所述IGBT开通后的集射电压；保护电压获取单元，用于根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；电压比较单元，用于将当前时刻实时获取的集射电压与当前时刻的保护电压进行比较，判断所述集射电压是否大于或等于所述保护电压；
驱动保护单元，用于当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护。
可选的，还包括保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线，所述保护电压与时间曲线获取单元包括：保护电压获取子单元，用于获取多个保护电压；检测时间获取子单元，用于获取对应每个所述保护电压的检测时间；保护阈值获取子单元，用于根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阈值；曲线组合子单元，用于组合所述多段保护阈值为台阶状曲线，以逐级逼近所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
可选的，还包括保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线，所述保护电压与时间曲线获取单元包括：曲线拟合子单元，用于拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；曲线平移子单元，用于向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。
本发明实施例的IGBT过流保护方法和装置，通过预存的保护电压与时间曲线而不是现有的单一保护电压，实现了根据时间(时间对应IGBT的工作阶段)设置相应的保护电压，从而在快速保护的同时保证了检测的可靠性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了IGBT的Uce与Ic的特性曲线；
图2示出了本发明实施例的一种IGBT过流保护方法的流程图；
图3示出了本发明实施例的一种预存的多段式保护电压与时间曲线示意图；
图4示出了本发明实施例的一种预存的数字化保护电压与时间曲线示意图；
图5示出了本发明实施例的一种IGBT过流保护装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
实施例1
如图2所示，本发明实施例提供了一种IGBT过流保护方法，包括：
S1.实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
具体的，由于IGBT在达到稳定态之前的集射电压变化较快，因此应当在IGBT在达到稳定态之前尤其保证获取电压的实时性；
S2.根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
具体的，预存的保护电压与时间曲线不同于现有的单一保护电压，其保护电压是随时间而改变的，以实现对应IGBT的不同工作阶段设置不同的保护电压。可选的，该预存的保护电压与时间曲线可以存储在Flash存储器中。
S3.将当前时刻实时获取的集射电压与当前时刻的保护电压进行比较，判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；
具体的，可以通过比较电路来实现电压比较，比较电路可以包括单限比较器电路、迟滞比较器电路、双限比较器电路等。
S4.当所述IGBT的集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述 IGBT驱动保护。
具体的，IGBT驱动保护可以包括封锁驱动信号和减小栅压。
可选的，当所述IGBT的集射电压不大于或等于所述保护电压时，返回到该实时获取所述IGBT开通后的集射电压的步骤S1。
本发明实施例的IGBT过流保护方法，通过预存的保护电压与时间曲线而不是现有的单一保护电压，实现了根据时间(时间对应IGBT的工作阶段) 设置相应的保护电压，从而在快速保护的同时保证了检测的可靠性。
可选的，上述预存的保护电压与时间曲线由以下步骤获取：
获取多个保护电压；具体的，对比传统的IGBT保护电压一般是4倍额定电流所对应的集射电压，本发明实施例的保护电压是IGBT的2倍到6 倍额定电流所对应的集射电压；
获取对应每个所述保护电压的检测时间；具体的，由于当保护电压较低时，IGBT承受过流的能力较高，所以可以增大检测时间以增强检测的可靠性；而当保护电压较高时，IGBT承受过流能力有限，所以可以减少检测时间以快速保护IGBT；
根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阈值；具体的，该一个保护阈值在电压时间坐标上体现为一段平行于时间坐标的直线；
组合所述多段保护阈值为台阶状曲线，以逐级逼近所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。具体的，组合而成的曲线可参见图3中的“数字化驱动多段保护曲线”，图3中横坐标t为时间，纵坐标Uce为IGBT的集射极电压，图3中的“传统驱动保护曲线”为现有的一段式保护曲线，“IGBT 正常开通Uce曲线”为预先采集的IGBT正常开通时的集射电压时间曲线。
可选的，上述预存的保护电压与时间曲线也可以由以下步骤获取：
拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；具体的，该拟合可以通过数模转换器(DAC)和相应的处理单元(如FPGA)来实现。
向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。具体的，平移后的曲线可参见图4中的“数字化驱动保护曲线”，平移后的曲线应当略高于所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线，平移的高度即相当于保护阈值ΔUce，图4中的“一般驱动保护曲线”等同于图3中的“传统驱动保护曲线”。
实施例2
如图5所示，本发明实施例还提供了一种IGBT过流保护装置，包括：
集射电压采集单元1，用于实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
保护电压获取单元2，用于根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
电压比较单元3，用于将当前时刻实时获取的集射电压与当前时刻的保护电压进行比较，判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；
驱动保护单元4，用于当所述IGBT的集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护。
可选的，还包括保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线，所述保护电压与时间曲线获取单元包括：
保护电压获取子单元，用于获取多个保护电压；
检测时间获取子单元，用于获取对应每个所述保护电压的检测时间；
保护阈值获取子单元，用于根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阈值；
曲线组合子单元，用于组合所述多段保护阈值为台阶状曲线，以逐级逼近所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
可选的，还包括保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线，所述保护电压与时间曲线获取单元包括：
曲线拟合子单元，用于拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；
曲线平移子单元，用于向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。
本领域内的技术人员还应理解，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的，应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种IGBT过流保护方法，其特征在于，包括：
实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；
当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护；
所述预存的保护电压与时间曲线由以下步骤获取：
拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；
向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。
2.根据权利要求1所述的IGBT过流保护方法，其特征在于，所述保护电压是所述IGBT的二倍到六倍额定电流所对应的集射电压。
3.根据权利要求1所述的IGBT过流保护方法，其特征在于，平移后的曲线略高于所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
4.根据权利要求3所述的IGBT过流保护方法，其特征在于，所述拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线包括：
通过数模转换器拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
5.一种IGBT过流保护方法，其特征在于，包括：
实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
判断当前时刻实时获取的所述集射电压是否大于或等于当前时刻的所述保护电压；
当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护；
所述预存的保护电压与时间曲线由以下步骤获取：
获取多个保护电压；
获取对应每个所述保护电压的检测时间；
根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阀值；
组合所述多段保护阀值为台阶状曲线，以逐级逼近IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
6.根据权利要求5所述的IGBT过流保护方法，其特征在于，所述获取对应每个所述保护电压的检测时间包括：
为较低的所述保护电压获取较长的检测时间，为较高的所述保护电压获取较短的检测时间。
7.一种IGBT过流保护装置，其特征在于，包括：
集射电压采集单元，用于实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
保护电压获取单元，用于根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
电压比较单元，用于将当前时刻实时获取的集射电压与当前时刻的保护电压进行比较，判断所述集射电压是否大于或等于所述保护电压；
驱动保护单元，用于当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护；
保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线，所述保护电压与时间曲线获取单元包括：
曲线拟合子单元，用于拟合所述IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线；
曲线平移子单元，用于向上平移所拟合的正常开通时的集射电压与时间曲线。
8.一种IGBT过流保护装置，其特征在于，包括：
集射电压采集单元，用于实时获取所述IGBT开通后的集射电压；
保护电压获取单元，用于根据预存的保护电压与时间曲线获取当前时刻的保护电压；
电压比较单元，用于将当前时刻实时获取的集射电压与当前时刻的保护电压进行比较，判断所述集射电压是否大于或等于所述保护电压；
驱动保护单元，用于当所述集射电压大于或等于所述保护电压时，触发所述IGBT驱动保护；
保护电压与时间曲线获取单元，用于获取所述预存的保护电压与时间曲线；
所述保护电压与时间曲线获取单元包括：
保护电压获取子单元，用于获取多个保护电压；
检测时间获取子单元，用于获取对应每个所述保护电压的检测时间；
保护阀值获取子单元，用于根据所述多个保护电压及其检测时间获取多段保护阀值；
曲线组合子单元，用于组合所述多段保护阀值为台阶状曲线，以逐级逼近IGBT正常开通时的集射电压与时间曲线。
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