CN113433378B - 用于igbt的ce电压检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于IGBT的CE电压检测装置，其包含：有源隔离检测单元，其用于得到CE电压信号VAC1；CE电压检测采样单元，其用于将CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce；状态监测阈值设置单元，其用于设置待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1；CE电压状态比较单元，其用于判定得到待检测IGBT的第一CE电压状态；电流镜像状态比较单元，其用于得到待检测IGBT的第二CE电压状态；CE电压状态转换单元，其用于得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态；CE电压状态处理单元，其用于得到第一状态代码以及第二状态代码。本发明能够快速、精确地定位IGBT集电极CE电压故障，便于故障诊断；有利于实现智能化控制。

Description

用于IGBT的CE电压检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体地说，涉及一种用于IGBT的CE电压检测装置及方法。

背景技术

IGBT广泛应用于变流器领域，而变流器工作的稳定性尤为重要，发生故障时需要能够快速响应，否则就会造成较大的经济损失。而IGBT的集电极信号VCE是其正常工作的重要参数指标，常常用来判定IGBT的过流及短路故障。

在现有技术中，往往需要拆卸下对应驱动板和IGBT，逐级调试找出故障点进而进行故障分析。为了简化故障排查，实现故障诊断和智能化控制，这就需要监测集电极信号VCE的多个数字状态信息，从而快速、精确地定位故障。

因此，本发明提供了一种用于IGBT的CE电压检测装置及方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于IGBT的CE电压检测装置，所述装置包含：

有源隔离检测单元，其用于对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1；

CE电压检测采样单元，其用于将所述CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce；

状态监测阈值设置单元，其用于设置所述待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1；

CE电压状态比较单元，其用于对输入的所述比较输入信号Vce以及所述状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到所述待检测IGBT的第一CE电压状态；

电流镜像状态比较单元，其用于基于所述CE电压信号VAC1得到所述待检测IGBT的第二CE电压状态；

CE电压状态转换单元，其用于对所述第一CE电压状态以及所述第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态；

CE电压状态处理单元，其用于分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

根据本发明的一个实施例，所述有源隔离检测单元包含：二极管以及电流源。

根据本发明的一个实施例，所述二极管的数量依据所述待检测IGBT选取。

根据本发明的一个实施例，所述CE电压检测采样单元包含：第一分压电路以及滤波电路。

根据本发明的一个实施例，所述状态监测阈值设置单元包含第二分压电路。

根据本发明的一个实施例，所述CE电压状态比较单元包含高电平阈值比较电路。

根据本发明的一个实施例，所述电流镜像状态比较单元包含：镜像电路以及比较电路。

根据本发明的一个实施例，所述CE电压状态转换单元包含第一状态转换电路以及第二状态转换电路，其中，所述第一状态转换电路用于对所述第一CE电压状态进行电平转换，所述第二状态转换电路用于对所述第二CE电压状态进行电平转换。

根据本发明的一个实施例，所述CE电压状态处理单元包含第一状态处理电路以及第二状态处理电路，其中，所述第一状态处理电路用于对电平转换后的第一CE电压状态进行状态处理，得到所述第一状态代码，所述第二状态处理电路用于对电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到所述第二状态代码。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于IGBT的CE电压检测方法，所述方法包含以下步骤：

对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1；

将所述CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce；

设置所述待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1；

对所述比较输入信号Vce以及所述状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到所述待检测IGBT的第一CE电压状态；

基于所述CE电压信号VAC1得到所述待检测IGBT的第二CE电压状态；

对所述第一CE电压状态以及所述第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态；

分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

本发明提供的用于IGBT的CE电压检测装置及方法通过电压采样及后续电路完成了集电极CE电压的状态信号的转换，产生2种状态信号用以判定集电极CE电压的状态；产生的状态信号，可以直接用于上层智能化控制。实现了功率器件的智能监控，能实时监测功率器件CE电压的变化状态。本发明能够快速、精确地定位IGBT集电极CE电压故障，便于故障诊断；有利于实现智能化控制，增强智能化控制的可靠性和稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于IGBT的CE电压检测装置结构框图；

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于IGBT的CE电压检测装置结构框图；以及

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于IGBT的CE电压检测方法流程图。

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，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

本发明能够同时检测集电极信号VCE的多个数字状态信息，进而判定IGBT运行时可能产生的电气故障，从而更加快速、精确地定位故障，给故障诊断和智能化控制提供信号输入，极大简化了故障排查的工作。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于IGBT的CE电压检测装置结构框图。

如图1，CE电压检测装置100包含有源隔离检测单元101、CE电压检测采样单元102、状态监测阈值设置单元103、CE电压状态比较单元104、电流镜像状态比较单元105、CE电压状态转换单元106以及CE电压状态处理单元107。

有源隔离检测单元101用于对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1。

CE电压检测采样单元102用于将CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce。

状态监测阈值设置单元103用于设置待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1。

CE电压状态比较单元104用于对输入的比较输入信号Vce以及状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到待检测IGBT的第一CE电压状态。

电流镜像状态比较单元105用于基于CE电压信号VAC1得到待检测IGBT的第二CE电压状态。

CE电压状态转换单元106用于对第一CE电压状态以及第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态。

CE电压状态处理单元107用于分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于IGBT的CE电压检测装置结构框图。

如图2，CE电压检测装置200包含二极管201、电流源202、第一分压电路203、滤波电路204、第二分压电路205、高电平阈值比较电路206、镜像电路207、比较电路208、第一状态转换电路209、第二状态转换电路2010、第一状态处理电路2011、第二状态处理电路2012。

有源隔离检测单元101包含二极管201以及电流源202。有源隔离检测单元101通过电流源202和二极管201实现CE电压的隔离检测，得到CE电压信号VAC1。二极管数量根据待测IGBT器件应用情况选取，满足安规要求，输出电流值按4-20mA设计。

CE电压检测采样单元102包含第一分压电路203以及滤波电路204。CE电压检测采样单元102将CE电压信号VAC1通过电阻降压转换为CE电压状态比较单元104可接收的输入信号Vce。需要满足VAC1电压的快速转换和响应。

状态监测阈值设置单元103包含第二分压电路205。状态监测阈值设置单元103通过电阻分压设置Vref1，用于监测集电极CE电压的高电平状态。

CE电压状态比较单元104包含高电平阈值比较电路206。CE电压状态比较单元104通过Vce信号与Vref1比较，产生集电极CE电压的高电平(>0)状态(第一CE电压状态)。

电流镜像状态比较单元105包含镜像电路207以及比较电路208。电流镜像状态比较单元105通过电流镜像输出产生比较的状态(第二CE电压状态)，比较输出Vref可通过三极管或比较器方式实现。

CE电压状态转换单元106包含第一状态转换电路209以及第二状态转换电路2010，其中，第一状态转换电路209用于对第一CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态(集电极CE电压的高电平状态ce2)，第二状态转换电路2010用于对第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第二CE电压状态(集电极CE电压的镜像电平状态ce1)。

CE电压状态转换单元106根据比较器的类型和接口方式，实现集电极CE电压的状态信号的转换，产生2种状态信号(集电极CE电压的高电平状态ce2以及集电极CE电压的镜像电平状态ce1)。

CE电压状态处理单元107包含第一状态处理电路2011以及第二状态处理电路2012，其中，第一状态处理电路2011用于对电平转换后的第一CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码(集电极CE电压的高电平状态代码)，第二状态处理电路2012用于对电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第二状态代码(集电极CE电压的镜像高电平状态代码)。

CE电压状态处理单元107将2种集电极CE电压的状态(集电极CE电压的高电平状态ce2以及集电极CE电压的镜像电平状态ce1)形成2种集电极CE电压状态代码(第一状态代码以及第二状态代码)，并传递给上层智能化控制系统。

综上，通过有源隔离检测单元和CE电压检测采样单元将IGBT功率器件的集电极CE电压通过滤波处理转换为集电极比较输入信号Vce，同时经状态监测阈值设置单元设置好功率器件(IGBT)集电极CE电压的状态监测阈值。

以上两种信号输入到CE电压状态比较单元104通过比较判定CE电压的状态，以及通过电流镜像状态比较单元105得出CE电压的另一个状态信息，再通过CE电压状态转换单元106完成电平转换，将集电极CE电压的状态转换成后级(CE电压状态处理单元)需要的信号，最后由CE电压状态处理单元107将集电极CE电压的状态转换成状态代码信息。

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于IGBT的CE电压检测方法流程图。

如图3，在步骤S301中，对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1。

具体来说，通过有源隔离检测单元101的二极管201以及电流源202对待检测IGBT进行隔离检测，得到CE电压信号VAC1。

一般来说，二极管的数量根据待检测IGBT器件应用情况选取，满足安规要求，输出电流值按照4-20mA设计。

如图3，在步骤S302中，将CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce。

具体来说，通过CE电压检测采样单元102将CE电压信号VAC1通过电阻降压转换为比较输入信号Vce。

如图3，在步骤S303中，设置所述待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1。

具体来说，通过状态检测预知设置单元103基于基准电压设置待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1。

如图3，在步骤S304中，对比较输入信号Vce以及状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到待检测IGBT的第一CE电压状态。

具体来说，通过CE电压状态比较单元104在比较输入信号Vce以及状态监测阈值Vref1二者之间进行比较，得到第一CE电压状态。

如图3，在步骤S305中，基于CE电压信号VAC1得到待检测IGBT的第二CE电压状态。

具体来说，通过电流镜像状态比较单元105基于CE电压信号VAC1得到待检测IGBT的第二CE电压状态。

如图3，在步骤S306中，对第一CE电压状态以及第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态。

具体来说，通过CE电压状态转换单元106对第一CE电压状态以及第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态。

如图3，在步骤S307中，分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

具体来说，通过CE电压状态处理单元107分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

综上，本发明提供的用于IGBT的CE电压检测装置及方法通过电压采样及后续电路完成了集电极CE电压的状态信号的转换，产生2种状态信号用以判定集电极CE电压的状态；产生的状态信号，可以直接用于上层智能化控制。实现了功率器件的智能监控，能实时监测功率器件CE电压的变化状态。本发明能够快速、精确地定位IGBT集电极CE电压故障，便于故障诊断；有利于实现智能化控制，增强智能化控制的可靠性和稳定性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于IGBT的CE电压检测装置，其特征在于，所述装置包含：

有源隔离检测单元，其用于对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1；

CE电压检测采样单元，其用于将所述CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce；

状态监测阈值设置单元，其用于设置所述待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1；

CE电压状态比较单元，其用于对输入的所述比较输入信号Vce以及所述状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到所述待检测IGBT的第一CE电压状态；

电流镜像状态比较单元，其用于基于所述CE电压信号VAC1得到所述待检测IGBT的第二CE电压状态；

CE电压状态转换单元，其用于对所述第一CE电压状态以及所述第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态；

CE电压状态处理单元，其用于分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述有源隔离检测单元包含：二极管以及电流源。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述二极管的数量依据所述待检测IGBT选取。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CE电压检测采样单元包含：第一分压电路以及滤波电路。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述状态监测阈值设置单元包含第二分压电路。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CE电压状态比较单元包含高电平阈值比较电路。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流镜像状态比较单元包含：镜像电路以及比较电路。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CE电压状态转换单元包含第一状态转换电路以及第二状态转换电路，其中，所述第一状态转换电路用于对所述第一CE电压状态进行电平转换，所述第二状态转换电路用于对所述第二CE电压状态进行电平转换。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CE电压状态处理单元包含第一状态处理电路以及第二状态处理电路，其中，所述第一状态处理电路用于对电平转换后的第一CE电压状态进行状态处理，得到所述第一状态代码，所述第二状态处理电路用于对电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到所述第二状态代码。

10.一种用于IGBT的CE电压检测方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

对待检测IGBT进行隔离检测，以得到CE电压信号VAC1；

将所述CE电压信号VAC1进行电阻降压转换为比较输入信号Vce；

设置所述待检测IGBT集电极CE电压的状态监测阈值Vref1；

对所述比较输入信号Vce以及所述状态监测阈值Vref1进行比较，判定得到所述待检测IGBT的第一CE电压状态；

通过电流镜像状态比较单元基于所述CE电压信号VAC1得到所述待检测IGBT的第二CE电压状态；

对所述第一CE电压状态以及所述第二CE电压状态进行电平转换，得到电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态；

分别对电平转换后的第一CE电压状态以及电平转换后的第二CE电压状态进行状态处理，得到第一状态代码以及第二状态代码。

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