CN113447790B - 一种非接触型igbt状态监测的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触型IGBT状态监测的装置,包括缓冲电路、PCB型磁场传感器、输入二极管、输入电阻、信号处理电路及光电转换电路;缓冲电路并联于IGBT的集电极与发射极之间,缓冲电路包括导体、缓冲电阻及缓冲电容;导体位于PCB型磁场传感器与聚磁结构之间,且缓冲电阻经导体与缓冲电容相连接,PCB型磁场传感器的一端经输入二极管与输入电阻的一端及信号处理电路的输入端相连接,PCB型磁场传感器的另一端及输入电阻的另一端均接地,且信号处理电路经光电转换电路与外部设备相连接,该装置能够监测IGBT的状态。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,涉及一种非接触型IGBT状态监测的装置。
背景技术
IGBT的运行状态监测主要包括晶体管的耐压性能和触发导通性能,是确保系统安全运行和可靠性设计的关键环节。
IGBT运行状态监测的传统解决方式主要是在IGBT的集电极与发射极之间并联电阻分压电路,用于获取IGBT的集电极和发射极电压,进而将该状态电压与预定电压进行比较,并根据比较结果,确定IGBT的运行状态。
上述解决方式属于介入性测量,所并联的元器件和电路单元会对原电路的导通、关断特性造成一定影响;其次,其分压电路与主回路共地,暂态过程的共模干扰会对监控系统的可靠性造成威胁;第三,随着应用电压的提高,监测单元模拟量以及供电电源的隔离难度、成本随之增加。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种非接触型IGBT状态监测的装置,该装置能够监测IGBT的状态。
为达到上述目的,本发明所述的非接触型IGBT状态监测的装置包括缓冲电路、PCB型磁场传感器、输入二极管、输入电阻、信号处理电路及光电转换电路;
缓冲电路并联于IGBT的集电极与发射极之间,缓冲电路包括导体、缓冲电阻及缓冲电容;导体位于PCB型磁场传感器与聚磁结构之间,且缓冲电阻经导体与缓冲电容相连接,PCB型磁场传感器的一端经输入二极管与输入电阻的一端及信号处理电路的输入端相连接,PCB型磁场传感器的另一端及输入电阻的另一端均接地,且信号处理电路经光电转换电路与外部设备相连接。
信号处理电路包括第一6同相门电路CD4050、第二6同相门电路CD4050、第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻及电容;
输入二极管的负极与第一6同相门电路CD4050的输入端相连接,第一6同相门电路CD4050的输出端与第一二极管的负极及第二二极管的正极相连接,第一二极管的正极与第一电阻的一端相连接,第二二极管的负极与第二电阻的一端相连接,第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、电容的正极及第二6同相门电路CD4050的输入端相连接,第二6同相门电路CD4050的的输出端与光电转换电路相连接,电容C1的负极接地。
PCB型磁场传感器及信号处理电路均采用印刷电路板工艺制成。
PCB型磁场传感器采用双面或单面螺旋线结构。
PCB型磁场传感器与缓冲电路相平行。
PCB型磁场传感器与缓冲电路的放电电流磁场相垂直。
通过聚磁结构增强PCB型磁场传感器缓冲电路放电磁场的匝联强度。
信号处理电路的检出信号为方波,方波上升沿对应于IGBT的导通时刻以及缓冲电路的放电起始时刻,方波的宽度对应于缓冲电路的放电时间。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的非接触型IGBT状态监测的装置在具体操作时,通过第一二极管及第一电阻作为第一6同相门电路CD4050输出低电平时的放电回路,由于第一电阻R1及电容的时间常数不变,因此其放电时间以及第二6同相门电路CD4050输出为高电平的时间仅与电容的充电电压以及IGBT的工作电压对应,因此,可以通过第二6同相门电路CD4050的输出脉宽判断IGBT的工作电压是否正常,以监测IGBT的状态。
附图说明
图1为本发明的结构图;
图2为图1中A-A方向的结构图;
图3为信号处理电路6的原理图。
其中,1为缓冲电阻、2为缓冲电容、3为PCB型磁场传感器、4为输入二极管、5为输入电阻、6为信号处理电路、7为光电转换电路、8为聚磁结构、9为导体。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,不是全部的实施例,而并非要限制本发明公开的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了清楚表达的目的,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
当IGBT的集电极与发射极之间具备正常耐压条件时,并联于IGBT集电极与发射极之间的缓冲电路,缓冲电路为RC缓冲电路,其中,缓冲电路包括导体9、缓冲电容2及缓冲电阻1,能够实现缓冲电容2的正常充电,缓冲电容2将被充电至预期的电压值;当IGBT触发导通后,缓冲电容2的电压将沿着缓冲电阻1以及IGBT的集电极和发射极构成的回路释放,并产生预期的放电电流。
参考图1及图2,本发明所述的非接触型IGBT状态监测的装置包括PCB型磁场传感器3、聚磁结构8、输入二极管4、输入电阻5、信号处理电路6及光电转换电路7;
导体9位于PCB型磁场传感器3与聚磁结构8之间,且缓冲电阻1经导体9与缓冲电容2相连接,PCB型磁场传感器3的一端经输入二极管4与输入电阻5的一端及信号处理电路6的输入端相连接,PCB型磁场传感器3的另一端及输入电阻5的另一端均接地,且信号处理电路6经光电转换电路7与外部设备相连接。
参考图3,所述信号处理电路6包括第一6同相门电路CD4050G1、第二6同相门电路CD4050G2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2及电容C1;
输入二极管4的负极与第一6同相门电路CD4050G1的输入端相连接,第一6同相门电路CD4050G1的输出端与第一二极管D1的负极及第二二极管D2的正极相连接,第一二极管D1的正极与第一电阻R1的一端相连接,第二二极管D2的负极与第二电阻R2的一端相连接,第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端、电容C1的正极及第二6同相门电路CD4050G2的输入端相连接,第二6同相门电路CD4050G2的的输出端与光电转换电路7相连接,电容C1的负极接地。
PCB型磁场传感器3及信号处理电路6均采用印刷电路板工艺,PCB型磁场传感器3采用双面或单面螺旋线结构;PCB型磁场传感器3的布置方式与RC缓冲电路相平行,其螺旋线结构的PCB型磁场传感器3与RC放电电流磁场相垂直;另外,通过聚磁结构8增强PCB型磁场传感器3与RC放电磁场的匝联强度,提高PCB型磁场传感器3的测量灵敏度。
信号处理电路6的工作原理为:
当第一6同相门电路CD4050G1输出高电平时,第二电阻R2和电容C1充电,当输入脉冲的宽度小于第二电阻R2和缓冲电容2的充电时间时,则该输入脉冲对输出不起作用。随着输入脉冲宽度的增加,电容C1将被充电至第二6同相门电路CD4050G2的状态反转阈值而输出高电平,此时,电容C1的充电电压对应于缓冲电路的放电脉宽,而缓冲电路的放电脉宽与缓冲电容2的充电电压对应,由此建立电容C1电压与IGBT主回路工作电压(集-射极电压)的对应关系。
第一二极管D1及第一电阻R1作为第一6同相门电路CD4050G1输出低电平时的放电回路,由于第一电阻R1及电容C1放电回路的时间常数不变,因此其放电时间以及第二6同相门电路CD4050G2输出为高电平的时间仅与电容C1的充电电压以及IGBT的工作电压对应,因此,便可通过第二6同相门电路CD4050G2的输出脉宽判断IGBT的工作电压是否正常。另外,输入二极管4用于滤除缓冲电路充电过程以及其他临近磁场的反向信号。
另外,信号处理电路6的检出信号为方波,方波上升沿对应于IGBT的导通时刻以及缓冲电路的放电起始时刻,方波的宽度对应于缓冲电路的放电时间,以及缓冲电容的充电电压。
Claims (7)
1.一种非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,包括缓冲电路、PCB型磁场传感器(3)、输入二极管(4)、输入电阻(5)、信号处理电路(6)及光电转换电路(7);
缓冲电路并联于IGBT的集电极与发射极之间,缓冲电路包括导体(9)、缓冲电阻(1)及缓冲电容(2);导体(9)位于PCB型磁场传感器(3)与聚磁结构(8)之间,且缓冲电阻(1)经导体(9)与缓冲电容(2)相连接,PCB型磁场传感器(3)的一端经输入二极管(4)与输入电阻(5)的一端及信号处理电路(6)的输入端相连接,PCB型磁场传感器(3)的另一端及输入电阻(5)的另一端均接地,且信号处理电路(6)经光电转换电路(7)与外部设备相连接;
信号处理电路(6)包括第一6同相门电路CD4050(G1)、第二6同相门电路CD4050(G2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及电容(C1);
输入二极管(4)的负极与第一6同相门电路CD4050(G1)的输入端相连接,第一6同相门电路CD4050(G1)的输出端与第一二极管(D1)的负极及第二二极管(D2的正极相连接,第一二极管(D1)的正极与第一电阻(R1)的一端相连接,第二二极管(D2)的负极与第二电阻(R2)的一端相连接,第一电阻(R1)的另一端、第二电阻(R2)的另一端、电容(C1)的正极及第二6同相门电路CD4050(G2)的输入端相连接,第二6同相门电路CD4050(G2)的输出端与光电转换电路(7)相连接,电容(C1)的负极接地;
缓冲电路为RC缓冲电路,能够实现缓冲电容(2)的正常充电,缓冲电容(2)将被充电至预期的电压值;当IGBT触发导通后,缓冲电容(2)的电压将沿着缓冲电阻(1)以及IGBT的集电极和发射极构成的回路释放,并产生预期的放电电流。
2.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,PCB型磁场传感器(3)及信号处理电路(6)均采用印刷电路板工艺制成。
3.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,PCB型磁场传感器(3)采用双面或单面螺旋线结构。
4.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,PCB型磁场传感器(3)与缓冲电路相平行。
5.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,PCB型磁场传感器(3)与缓冲电路的放电电流磁场相垂直。
6.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,通过聚磁结构(8)增强PCB型磁场传感器(3)与缓冲电路放电磁场的匝联强度。
7.根据权利要求1所述的非接触型IGBT状态监测的装置,其特征在于,信号处理电路(6)的检出信号为方波,方波上升沿对应于IGBT的导通时刻以及缓冲电路的放电起始时刻,方波的宽度对应于缓冲电路的放电时间。
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GR01 | Patent grant | ||
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