CN111736054A - 用于igbt驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法，通过在IGBT一直工作在饱和区且IGBT集电极电流在安全电流的情况下，通过一个辅助电子开关把IGBT的母线电压直接接入驱动的电压采样回路，模拟IGBT在安全电流下进入退饱和工作状态，从而验证驱动能否在规定的时间内正确关断IGBT的功能。本发明避免驱动在IGBT为大电流退饱和情况下(此时IGBT端电压进入母线电压)进行保护功能的测试，避免了IGBT在退饱和情况下因为驱动保护不及时造成IGBT过热或过电压损坏的风险。可广泛应用于驱动退饱和功能的常规测试项目。

Description

用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法。
背景技术
现有技术中，为了验证绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动的退饱和保护功能是否正确，采用的方法一般是如图1所示的上下两个IGBT组成的双脉冲测试方法。首先控制下管T2导通，上管T1关断，这样电容器中的能量就经过限流电感对下管放电。当流过IGBTT2的电流超过退饱和电流时(一般是IGBT额定电流的4倍)，IGBT端电压直接升高到母线电压，IGBT急剧发热，此时驱动必须在10us内关断IGBT，否则驱动会因急剧发热损坏。由此可见，一旦驱动退饱和功能有故障，或延时关断IGBT，必将导致IGBT烧毁击穿，进而引起母线放电电容及限流电感因为直接短路而损坏，退饱和功能故障造成的IGBT损坏风险无法控制，造成了驱动保护不及时造成IGBT过热或过电压损坏的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试方法，通过一个辅助电子开关把IGBT的母线电压直接接入驱动的电压采样回路，模拟IGBT在安全电流下进入退饱和工作状态，从而验证驱动能否在规定的时间内正确关断IGBT的功能，避免了IGBT在退饱和情况下因为驱动保护不及时造成IGBT过热或过电压损坏的风险。
本发明的一方面提供了用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路，所述测试电路包括：所述测试电路包括：充电电容CU、驱动单元、保护限流单元和钳位单元，驱动单元包括门极G端、集电极C端和发射极S端；保护限流单元包括辅助开关T3和高压电阻R1、续流二极管D1和续流二极管D2；钳位单元包括：限流电感L和绝缘栅双极型晶体管IGBTT2；辅助开关T3和驱动单元串联连接后并联在所述充电电容CU的两端，高压电阻R1连接于驱动单元的集电极C端和发射极S端之间；
限流电感L和IGBTT2串联后并联在所述充电电容CU的两端，所述IGBTT2的基极与所述驱动单元的门极G连接；所述限流电感L与所述IGBTT2两端分别反向并联有续流二极管D1、D2。
本发明的又一方面提供了用于IGBT驱动退饱和保护功能的模拟测试方法，所述测试方法用于权利要求1中的所述测试电路，包括：
S1：控制绝缘栅双极型晶体管IGBTT2导通，包括：充电电容CU为测试电路充电，辅助开关T3处于关断状态，电流流过限流电感L流入绝缘栅双极型晶体管T2，驱动单元的集电极C端和发射极S端通过高压电阻R1连接，所述驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压为零伏，即驱动单元检测到的电压为零伏。
S2：检测绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流是否无限接近其额定电流。
S3：当绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流无限接近其额定电流，控制辅助开关T3导通。
S4：检测驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压是否超过绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压。
S5：如果检测到的驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压超过绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压，则关断绝缘栅双极型晶体管T2。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：本发明涉及一种IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路，通过在IGBT一直工作在饱和区且IGBT集电极电流在安全电流的情况下，通过一个辅助电子开关把IGBT的母线电压直接接入驱动的电压采样回路，模拟IGBT在安全电流下进入退饱和工作状态，从而验证驱动能否在规定的时间内正确关断IGBT的功能。本发明避免驱动在IGBT为大电流退饱和情况下进行保护功能的测试，避免了IGBT在退饱和情况下因为驱动保护不及时造成IGBT过热或过电压损坏的风险。
附图说明
图1是现有技术中的IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路原理图；
图2是根据本发明实施例公开的的用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路原理图；
图3是根据本发明实施例公开的的用于IGBT驱动退饱和保护功能的模拟测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
IGBT大功率管通常只能承受10ms以下的短路电流，当IGBT遇到过流或短路时，若不加保护或保护不当，就会使IGBT损坏。由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就容易损坏。为此,必须对IGBT进行保护。
图2是本发明实施例公开的的用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路原理图。
所述测试电路包括：充电电容CU、驱动单元、保护限流单元和钳位单元，驱动单元包括门极G端、集电极C端和发射极S端；保护限流单元包括辅助开关T3和高压电阻R1、续流二极管D1和续流二极管D2；钳位单元包括：限流电感L和绝缘栅双极型晶体管IGBTT2。
辅助开关T3和驱动单元串联连接后并联在所述充电电容CU的两端，高压电阻R1连接于驱动单元的集电极C端和发射极S端之间；
限流电感L和IGBTT2串联后并联在所述充电电容CU的两端，所述IGBT T2的基极与所述驱动单元的门极G连接；所述限流电感L与所述IGBTT2两端分别反向并联有续流二极管D1、D2。
换言之，所述集电极C端分别与所述T3的一端和所述R1的一端连接；所述T3的另一端分别与所述CU的一端、所述L的另一端、所述D1的阴极连接；
所述R1的另一端分别与所述发射极S端、所述T2的发射极、所述D2的阳极连接；所述门极G端与所述T2的基极连接；所述T2的集电极分别与所述L的另一端、所述D1的阳极、所述D2的阴极和所述CU的另一端连接。
具体地，在于驱动采样端电压的C脚经一个高压电阻连接驱动S脚，同时C脚经一个辅助电子开关T3连接至测试母线电压。驱动门极G及S脚连接至IGBT的G、S脚。
驱动的C脚不再连接至IGBT的C脚，而是经一个高压电阻接地(IGBT的S脚)。同时经电子开关接到IGBT的测试母线电压上。如附图2所示。测试时，首先控制IGBT导通，IGBT电流经电感L流入IGBT，此时T3关断，驱动的C极经电阻R1接入IGBT的S极，相当于驱动检测到的VCS电压为零伏。IGBT电流在限流电感L的作用下逐渐升高，在电流小于或等于IGBT的额定电流Ie时，控制辅助电子开关T3导通，驱动的C极此时接入了IGBT的母线电压(模拟在额定电流下IGBT进入退饱和状态)，驱动检测到C极电压超过退饱和保护门槛电压时，驱动立即进入退饱和软关断过程，关断IGBT。通过监视IGBT两端的电压，电流，以及驱动输出的栅极驱动信号电压VGS的状态，判断驱动是否正确的执行了退饱和软关断功能。
本发明的又一方面提供了用于IGBT驱动退饱和保护功能的模拟测试方法，所述测试方法用于以上所述测试电路，如图3所示，包括：
S1：控制绝缘栅双极型晶体管IGBTT2导通，包括：充电电容CU为测试电路充电，辅助开关T3处于关断状态，电流流过限流电感L流入绝缘栅双极型晶体管T2，驱动单元的集电极C端和发射极S端通过高压电阻R1连接，所述驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压为零伏，即驱动单元检测到的电压为零伏。
S2：检测绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流是否无限接近其额定电流。
S3：当绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流无限接近其额定电流，控制辅助开关T3导通。
S4：检测驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压是否大于等于绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压。
S5：如果检测到的驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压等于绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压关断绝缘栅双极型晶体管T2。
具体地，用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路包括：测试时，首先控制IGBT导通，电容器放电电流经电感L流入IGBT，此时T3关断，驱动的C极经电阻R1接入IGBT的S极，相当于驱动检测到的VCS电压为零伏。下管电流在限流电感L的作用下逐渐升高，在电流小于或等于IGBT的额定电流Ie时，控制辅助电子开关T3导通，驱动的C极此时接入了IGBT的母线电压(模拟在额定电流下IGBT进入退饱和状态)，驱动检测到C极电压超过退饱和保护门槛电压时，驱动立即进入退饱和软关断过程，关断IGBT。通过监视IGBTT2两端的电压，电流，以及驱动输出的栅极驱动信号电压VGS的状态，判断驱动是否正确的执行了退饱和软关断功能。
本发明的有益效果是：在IGBT一直工作在饱和区且IGBT集电极电流在安全电流的情况下，通过一个辅助电子开关把IGBT的母线电压直接接入驱动的电压采样回路，模拟IGBT在安全电流下进入退饱和工作状态，从而验证驱动能否在规定的时间内正确关断IGBT的功能。本发明避免驱动在IGBT为大电流退饱和情况下(此时IGBT端电压进入母线电压)进行保护功能的测试，避免了IGBT在退饱和情况下因为驱动保护不及时造成IGBT过热或过电压损坏的风险，同时适用性较广，可广泛应用于驱动退饱和功能的常规测试项目。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (2)

1.用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试电路，其特征在于，所述测试电路包括：充电电容CU、驱动单元、保护限流单元和钳位单元，驱动单元包括门极G端、集电极C端和发射极S端；保护限流单元包括辅助开关T3和高压电阻R1、续流二极管D1和续流二极管D2；钳位单元包括：限流电感L和绝缘栅双极型晶体管IGBT T2；辅助开关T3和驱动单元串联连接后并联在所述充电电容CU的两端，高压电阻R1连接于驱动单元的集电极C端和发射极S端之间；
限流电感L和IGBT T2串联后并联在所述充电电容CU的两端，所述IGBT T2的基极与所述驱动单元的门极G连接；所述限流电感L与所述IGBT T2两端分别反向并联有续流二极管D1、D2。
2.用于IGBT驱动退饱和保护功能的测试方法，其特征在于，所述测试方法用于权利要求1中的所述测试电路，包括：
S1：控制绝缘栅双极型晶体管IGBT T2导通，包括：充电电容CU为测试电路充电，辅助开关T3处于关断状态，电流流过限流电感L流入绝缘栅双极型晶体管T2，驱动单元的集电极C端和发射极S端通过高压电阻R1连接，所述驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压为零伏，即驱动单元检测到的电压为零伏；
S2：检测绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流是否小于或等于其额定电流；
S3：当绝缘栅双极型晶体管T2发射极电流无限接近其额定电流，控制辅助开关T3导通；
S4：检测驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压是否超过绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压；
S5：如果检测到的驱动单元集电极C端与驱动单元发射极S端之间的电压超过绝缘栅双极型晶体管T2退饱和门限电压，则关断绝缘栅双极型晶体管T2。
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