CN109116207B - 预检测桥式结构中igbt异常的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预检测桥式结构中IGBT异常的方法，首先，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点的电压，根据该点电压判断没有被击穿的上IGBT或下IGBT；然后，触发没有被击穿的上IGBT或下IGBT；再次检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点的电压，根据再次检测的该点电压，判断另一只下IGBT或上IGBT是否被击穿。本发明在设备刚上电启动IGBT前进行检测，判断出是否有IGBT击穿或短路，从而有效地防止启动IGBT输出后，IGBT直通炸毁，确保整台设备的安全运行，避免不必要的经济损失。

Description

预检测桥式结构中IGBT异常的方法

技术领域

本发明涉及一种预检测H桥或三相桥结构中半导体开关器件是否异常的方法，具体地说，本发明涉及一种在设备(例如变频器、电焊机、SVG等)上电运行前，检测H桥或三相桥结构中的IGBT或IEGT及其驱动链路是否异常的方法。

背景技术

随着半导体开关技术的发展，半导体开关器件被广泛地应用在电焊机、变频器、SVG、柔性直流输电等设备中。在设备生产、调试、运输、现场维修或返修时经常不可避免地会出现半导体器件(如IGBT或IEGT)损坏。在器件损坏的情况下，一旦设备上电运行，极易导致IGBT直通损坏，严重时会导致整个设备完全或部分炸毁。

传统的半导体开关器件故障检测和保护电路都是在设备上电运行过程中，通过判断半导体开关器件开通和关断时的压降来判断其是否损坏，其原理是：通过IGBT导通后的压降来判断IGBT是否开通或者是否出现短路。这种故障检测方法的缺点是：只有在设备上电运行后才能检测，如果此时IGBT已经损坏，设备启动运行初期的窄脉冲极易导致IGBT被击穿；如果同一桥臂的多个串联的IGBT被击穿，很有可能导致整个设备完全或部分炸毁。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种预检测H桥或三相桥结构中半导体开关器件是否异常的方法，即在设备上电运行前，事先检测H桥或三相桥结构中的IGBT或IEGT是否异常的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种预检测桥式结构中IGBT异常的方法，其特征在于：首先，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据该点电压判断没有被击穿的上IGBT或下IGBT；然后，触发没有被击穿的上IGBT或下IGBT；再次检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据再次检测的该点电压，判断另一只不确定的下IGBT或上IGBT是否被击穿。

当判断出上、下IGBT没有被击穿后，触发上IGBT或下IGBT，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据检测的该点电压判断上IGBT或下IGBT是否能够正常开通，其驱动链路是否异常。

在本发明具体实施例中，该方法包括如下步骤：

假设同一桥臂的上IGBT与下IGBT连接点的电压＞1/2Vbus为高电平，否则为低电平；

S1、逐一桥臂进行检测，先检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点VA或VB或VC处的电压；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为高电平，说明下IGBT没有击穿，继续执行下面步骤S2；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为低电平，说明上IGBT没有被击穿，跳转执行步骤S4；

S2、触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT被击穿，或者下IGBT开通失败，下IGBT的触发电路异常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT没有被击穿，下IGBT开通正常；

S3、延迟死区时间，触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；

S4、触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT被击穿，或者上IGBT开通失败，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明上IGBT开通正常，下IGBT未被击穿；

S5、延迟死区时间，触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明下IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常；

S6、至此，该桥臂上、下IGBT检测完毕。

优选地，触发上、下IGBT，使其每次有效开通的时间不超过10us。

本发明在设备上电初期，启动IGBT输出之前执行检测，可有效地判断出是否有上、下IGBT直通现象，避免IGBT启动时窄脉冲损坏其他IGBT或导致单元炸毁的现象。本发明除了可以预防启动时损坏IGBT问题，还能预报和定位IGBT驱动链路异常，提高了维修的效率。

附图说明

图1为传统的由IGBT构成的H桥结构示意图；

图2为传统的由IGBT构成的三相逆变桥结构示意图；

图3为本发明预检测H桥或三相桥结构中IGBT是否异常的方法流程图；

图4为IGBT结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

由于IGBT为可控开关器件，可以通过计算机控制，且具有驱动功率小、饱和压降低、耐压高等优点，被广泛地使用在变频器、电焊机、SVG等设备的逆变电路中。图1为由四只IGBT构成的H桥逆变电路，图2为由六只IGBT构成的三相逆变电路。

包含桥式电路的单元或整机，在生产组装、例行维护过程中不可避免的会出现IGBT损坏、或驱动线插错的情况，设备或单元异常停机时也会不可避免的出现IGBT损坏；这些损坏现象特别是击穿或短路损坏，很容易在第二次启动IGBT运行时，导致更多的IGBT及其配件损坏，甚至导致整个单元炸毁。为及时发现IGBT故障，避免启动IGBT后，损坏更多的设备或组件，本发明提供一种在设备上电之之初，在启动IGBT输出前，事先检测H桥或三相桥结构中的IGBT或IEGT是否异常的方法。如果出现异常，便通过控制系统软件，禁止启动IGBT。

如图1、图2所示，在设备上电运行前，构成H桥、三相全桥的每个IGBT均为关断状态，每个IGBT和与其并联的二极管呈高组态；同一桥臂上、下两个串联的IGBT类似两个电阻值非常相近且阻值非常大的串联电阻。如果同一桥臂上、下串联的两个IGBT是好的，此时，上、下串联的两个IGBT的连接点即VA、VB、VC处相对于0V处的电压应接近1/2Vbus。本发明根据这一特征预检测上、下IGBT是否异常，方法是：首先，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点的电压，根据该点电压判断没有被击穿的上IGBT或下IGBT；触发没有被击穿的上IGBT或下IGBT，再次检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点的电压，根据再次检测的该点电压，判断另一只不确定的下IGBT或上IGBT是否被击穿。

进一步地，当判断出上、下IGBT没有被击穿后，触发上IGBT和/或下IGBT，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点的电压，根据检测的该点电压判断上IGBT、下IGBT是否能够正常开通，即IGBT触发电路是否能够正常工作。

图3为本发明预检测H桥或三相桥结构中IGBT是否异常的方法流程图。假设同一桥臂的上IGBT与下IGBT的连接点VA、VB、VC的电压＞1/2Vbus为高电平，否则为低电平。如图所示，本发明预检测H桥或三相桥结构中IGBT是否异常的方法，如下：

S1、逐一桥臂进行检测，先检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点VA或VB或VC处的电压；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为高电平，说明下IGBT没有击穿，继续执行下面步骤S2；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为低电平，说明上IGBT没有被击穿，跳转执行步骤S4；

S2、触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT被击穿，或者下IGBT开通失败，下IGBT的触发电路异常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT没有被击穿，下IGBT开通正常；

S3、延迟死区时间，触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；

S4、触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT被击穿，或者上IGBT开通失败，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明上IGBT开通正常，下IGBT未被击穿；

S5、延迟死区时间，触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明下IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常；

S6、至此，该桥臂上、下IGBT检测完毕。

本发明充分利用了IGBT的退饱和特性。IGBT正常导通时，IGBT两端导通电压很低，通常<5V，但是如果发生上、下IGBT直通或者短路时，直通电流远大于正常工作时的电流，当流过IGBT的电流足够大时，IGBT会退饱和；即短路电流不在增大，IGBT CE两端电压极速爬升至接近母线电压值。上IGBT被击穿，下IGBT开通，由于下IGBT CE两端电压很难降低到1/2Vbus以下，故，上IGBT与下IGBT的连接点的电压大于1/2Vbus，说明上IGBT肯定被击穿或短路了；如果确定到IGBT击穿或短路了，就不能启动桥臂输出了，否则启动时的窄脉冲极易损坏IGBT。

另外，IGBT还有一个重要的特性；即IGBT退保和以后，可以承受10us以内的退饱和电流而不会被立即损坏。基于IGBT的这个特性，本发明触发上、下IGBT，使其每次有效开通的时间不超过10us。本领域技术人员可以通过CPLD或MCU或DSP很容易地实现开通时间的控制。

本发明还利用到IGBT的另一重要的特性，IGBT的结电容C_GE，如图4所示。

IGBT的结电容C_GE放电之后，IGBT即使关断了，只要桥臂上另一只IGBT没有开通，它两端的电压就不会突变，会缓慢上升到1/2Vbus附近；这使得IGBT有效开通10us再关断后，逻辑电路或处理器有时间去检测上、下IGBT连接点的电压(即VA、VB、VC)。

本发明在设备启动IGBT输出前，根据上述逻辑关系，逐一桥臂判断上、下IGBT是否异常，在确定上、下IGBT没有被击穿、且能够正常开通的情况下，设备再上电运行。

通过本发明提供的方法预检测上、下IGBT的过程中，当发现上IGBT、下IGBT没有被击穿，但触发后，上、下IGBT的连接点的电压没有产生与之对应的变化，说明这个IGBT的驱动链路可能不正常，可能是线缆没插接或插错位置或驱动板坏等，需进行进一步检测，维修。特别是线缆插错位置，这样很容易导致上、下IGBT直通，极易损坏IGBT。

本发明可以在设备启动IGBT输出前，有效地判断出IGBT是否击穿或短路，从而有效地防止IGBT直通炸毁，确保整台设备的安全运行，避免不必要的经济损失。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种预检测桥式结构中IGBT异常的方法，其特征在于：首先，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据该点电压判断没有被击穿的上IGBT或下IGBT；然后，触发没有被击穿的上IGBT或下IGBT；再次检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据再次检测的该点电压，判断另一只不确定的下IGBT或上IGBT是否被击穿；

当判断出上或下IGBT没有被击穿后，触发上IGBT或下IGBT，检测同一桥臂上IGBT与下IGBT连接点的电压，根据检测的该点电压判断上IGBT或下IGBT是否能够正常开通，其驱动链路是否异常；

具体步骤如下：

假设同一桥臂的上IGBT与下IGBT连接点的电压＞1/2Vbus为高电平，否则为低电平；

S1、逐一桥臂进行检测，先检测同一桥臂上IGBT与下IGBT的连接点VA或VB或VC处的电压；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为高电平，说明下IGBT没有击穿，继续执行下面步骤S2；如果上IGBT与下IGBT的连接点的电位为低电平，说明上IGBT没有被击穿，跳转执行步骤S4；

S2、触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT被击穿，或者下IGBT开通失败，下IGBT的触发电路异常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT没有被击穿，下IGBT开通正常；

S3、延迟死区时间，触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是高电平，说明上IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是低电平，说明上IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；

S4、触发上IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT被击穿，或者上IGBT开通失败，其驱动链路异常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明上IGBT开通正常，下IGBT未被击穿；

S5、延迟死区时间，触发下IGBT，再次检测上IGBT与下IGBT的连接点的电压，如果是低电平，说明下IGBT开通正常，跳转执行步骤S6；如果是高电平，说明下IGBT虽然没有被击穿，但无法正常开通工作，其驱动链路异常；

S6、至此，该桥臂上和下IGBT检测完毕；

在触发上和下IGBT时，使其每次有效开通的时间不超过10us。

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