CN113659968B - 一种igbt两级软关断短路保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT两级软关断短路保护装置，包括：基于V_ce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测模块、第一软关断模块、第二软关断模块和栅极驱动电阻；第一短路检测模块检测IGBT的V_ce电压，在V_ce电压异常时向第一软关断模块发出第一故障信号；第二短路检测模块检测栅极电流，在栅极电流异常时向第二软关断模块发出第二故障信号；第一软关断模块和第二软关断模块依次通过IGBT驱动电路关断IGBT，以减缓IGBT的关断速度。通过两级软关断技术采用电压和电流检测方法结合，兼顾栅极电流检测法的快速高效和V_ce退饱和检测法的准确有效，提高短路故障检测的稳定性和可靠性，降低误判概率。

Description

一种IGBT两级软关断短路保护装置

技术领域

本发明涉及电力电子控制技术领域，特别涉及一种IGBT两级软关断短路保护装置。

背景技术

绝缘栅双极晶体管IGBT因其驱动功率小和饱和压降低等优点，现已广泛应用在大功率电力电子变换器、600V以上的变流系统、交流电机、变频器、开关电源、照明电路和牵引传动系统中，从而提高相关设备的功率密度。

但是IGBT在各类功率变换器中工作时，由于桥臂直通的硬短路、负载侧短路的软短路以及过大的集电极电流所造成的擎住效应失效均可导致IGBT故障。当IGBT处于短路导通时，器件需同时承担高压和大电流作用，在很短的时间内，芯片内部存在急剧的温度上升过程，极易使器件发生热烧毁，甚至是发生炸管现象。同时，当IGBT处于短路关断过程时，因为回路中负载电感或杂散电感的影响，器件产生正向电压过冲，极易诱发过冲电压超过器件最大耐压而发生热击穿；此时，IGBT器件承受外界的应力条件最为苛刻，更能检验IGBT的关断能力。所以，在IGBT应用电路中，提升IGBT的短路关断能力已成为研究IGBT短路能力加固和可靠性设计的重要方向。为避免应用中短路情况对器件的破坏，可通过外部驱动保护电路在器件发生短路时及时将器件关断。

目前常规的短路故障检测方案包括以下几种：一是退饱和检测法，可实现对IGBT的短路保护，然而其保护是在IGBT开通达到一定时间后才进行退饱和检测，且要求IGBT导通压降(退饱和电压)高于约额定电压数值才能检测出故障对于IGBT软短路故障，其IGBT导通压降在集电极电流非常大时仍处于较低的水平，此时退保和检测法将无法检测出故障，难以实现软短路故障检测及保护。二是集电极电流变化率(diC/dt)检测法，也可实现对大功率IGBT硬短路故障的快速保护，通过多级退饱和检测实现对IGBT的短路保护，该方法在IGBT短路发生较短时间内就能检测出故障，提高了短路故障检测的快速性，但diC/dt故障检测方法主要适用于小电感短路故障，其在大电感短路下仍存在检测盲区，其多级退饱和检测也难以实现IGBT软短路故障的快速识别，因而其短路保护方法不完善。三是采用退饱和与diC/dt组合方式来实现对IGBT模块的短路故障检测，同样存在上述类似的保护盲区。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种IGBT两级软关断短路保护装置，通过两级软关断技术采用电压和电流检测方法结合互补的思想，兼顾了栅极电流检测法的快速高效性和V_ce退饱和检测法的准确有效性，提高了短路故障检测的稳定性和可靠性，降低短路误判概率，保护IGBT器件的性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种IGBT两级软关断短路保护装置，包括：基于V_ce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测模块、第一软关断模块、第二软关断模块和栅极驱动电阻；

所述第一短路检测模块分别与IGBT驱动电路和IGBT的集电极连接，所述第二短路检测模块与所述第二软关断模块串联后再并联于所述IGBT驱动电路和所述IGBT的栅极之间，所述第一软关断模块分别与所述IGBT的栅极和所述第一短路检测模块连接，所述IGBT的栅极通过所述栅极驱动电阻与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一软关断模块和所述第二软关断模块分别通过FPGA与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一短路检测模块检测所述IGBT的V_ce电压，在所述V_ce电压异常时向所述第一软关断模块发出第一故障信号；

所述第二短路检测模块检测所述栅极电流，在所述栅极电流异常时向所述第二软关断模块发出第二故障信号；

所述第一软关断模块和所述第二软关断模块依次通过所述IGBT驱动电路关断所述IGBT，以减缓所述IGBT的关断速度。

进一步地，所述第一短路检测模块包括：第三电压比较器、第一二极管、FPGA控制器、第二电容、第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻一端与所述IGBT的栅极连接，其另一端与所述第一二极管的正极连接；

所述第六电阻一端与所述第一二极管的正极连接，其另一端与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一二极管的负极与所述IGBT的集电极连接；

所述第二电容与所述第六电阻并联连接；

所述第三电压比较器的正极输入端与所述第一二极管的正极连接，其负极输入端与第二预设参考电压源连接，其输出端通过所述FPGA控制器与所述IGBT驱动电路连接。

进一步地，所述第二短路检测模块包括：差分比例运算单元、积分运算单元、第一电压比较器、第二电压比较器和逻辑与门单元；

所述差分比例运算单元的正极输入端和负极输入端分别与所述栅极驱动电阻的两端连接，其输出端与所述积分运算单元的正极输入端连接；

所述积分运算单元的负极输入端接地，其输出端与所述第二电压比较器的正极输入端连接；

所述第一电压比较器的正极输入端与所述IGBT的栅极连接，其负极输入端与第一预设参考电压源连接，其输出端与所述逻辑与门单元的第一输入端连接；

所述第二电压比较器的负极输入端与第二预设参考电压源连接，其输出端与所述逻辑与门单元的第二输入端连接；

所述逻辑所述差分比例运算单元包括：第一放大器、第一电阻、第二电阻、第一反馈电阻和第二反馈电阻；

所述第一放大器的正极输入端通过所述第一电阻与所述栅极驱动电阻的一端连接，还通过所述第一反馈电阻接地；

所述第一放大器的负极输入端通过所述第二电阻与所述栅极驱动电阻的另一端连接，其还通过所述第二反馈电阻与所述第一放大器的输出端连接。

进一步地，所述积分运算单元包括：第二放大器、第三电阻、第四电阻和第一电容；

所述第二放大器的正极输入端通过所述第四电阻接地，其负极输入端通过所述第三电阻与所述差分比例运算单元的输出端连接；

所述第一电容的两端分别与所述第二放大器的负极输入端和输出端连接。

进一步地，所述第一软关断模块包括：第一开关管、第一栅极保护电阻、第三电容和第八电阻；

所述第一开关管的漏极通过所述第一栅极保护电阻与所述IGBT的栅极连接，其栅极通过所述第八电阻与所述FPGA连接，其源极接地；

所述第三电容一端与所述第一开关管的栅极连接，其另一端接地。

进一步地，所述第二软关断模块包括：第二开关管、第二栅极保护电阻和第七电阻；

所述第二开关管的漏极通过所述第二栅极保护电阻与所述IGBT的栅极连接，其源极接地，其栅极通过所述第七电阻与所述第二短路检测模块的输出端连接。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过两级软关断技术采用电压和电流检测方法结合互补的思想，兼顾了栅极电流检测法的快速高效性和Vce退饱和检测法的准确有效性，提高了短路故障检测的稳定性和可靠性，降低短路误判概率，保护IGBT器件的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的IGBT两级软关断短路保护装置原理示意图；

图2是本发明实施例提供的IGBT两级软关断短路保护装置电路示意图；

图3是本发明实施例提供的基于V_ce退电压检测的第一短路检测模块原理示意图；

图4是本发明实施例提供的基于栅极电流检测的第二短路检测模块原理示意图；

图5是本发明实施例提供的各开关器件的栅-源极电压波形图；

图6是传统硬开关短路故障下IGBT器件电压V_ce波形图；

图7是传统硬开关短路故障下IGBT器件电流I_c波形图；

图8是本发明实施例提供的两级软关断短路保护电路硬开关短路故障下IGBT电压V_ce波形图；

图9是本发明实施例提供的两级软关断短路保护电路硬开关短路故障下IGBT电流I_c波形图。

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。

图1是本发明实施例提供的IGBT两级软关断短路保护装置原理示意图。

图2是本发明实施例提供的IGBT两级软关断短路保护装置电路示意图。

图3是本发明实施例提供的基于V_ce退电压检测的第一短路检测模块原理示意图。

图4是本发明实施例提供的基于栅极电流检测的第二短路检测模块原理示意图。

请参照图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种IGBT两级软关断短路保护装置，包括：基于V_ce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测模块、第一软关断模块、第二软关断模块和栅极驱动电阻R_g。

第一短路检测模块分别与IGBT驱动电路和IGBT的集电极连接，第二短路检测模块与第二软关断模块串联后再并联于IGBT驱动电路和IGBT的栅极之间，第一软关断模块分别与IGBT的栅极和第一短路检测模块连接，IGBT的栅极通过栅极驱动电阻R_g与IGBT驱动电路连接。第一软关断模块和第二软关断模块分别通过FPGA与IGBT驱动电路连接。

第一短路检测模块检测IGBT的V_ce电压，在V_ce电压异常时向第一软关断模块发出第一故障信号；第二短路检测模块检测栅极电流，在栅极电流异常时向第二软关断模块发出第二故障信号；第一软关断模块和第二软关断模块依次通过IGBT驱动电路关断IGBT，以减缓IGBT的关断速度。

第一软关断模块、第二软关断模块中的两个开关MOS管的基极分别与第二电压比较器VC₂和第三电压比较器VC₃的输出相连，并且在第一短路检测模块和第二短路检测模块检测出故障后分别导通不同回路进行工作。

考虑到已有的IGBT短路保护电路的不足，上述方案可以在不牺牲开关速度、不增加损耗、不增加器件选择难度的同时较为容易的检测到IGBT是否发生短路故障，并且实现IGBT两级软关断，保护IGBT器件的性能。

具体的，第一短路检测模块包括：第三电压比较器VC₃、第一二极管D₁、FPGA控制器、第二电容C₂、第五电阻R₅和第六电阻R₆。

其中，第五电阻R₅一端与IGBT的栅极连接，其另一端与第一二极管D₁的正极连接；第六电阻R₆一端与第一二极管D₁的正极连接，其另一端与IGBT驱动电路连接；第一二极管D₁的负极与IGBT的集电极连接；第二电容C₂与第六电阻R₆并联连接；第三电压比较器VC₃的正极输入端与第一二极管D₁的正极连接，其负极输入端与第三预设参考电压源V_ref3连接，其输出端通过FPGA控制器与IGBT驱动电路连接。

进一步地，第五电阻R₅和第六电阻R₆组成的串联支路与IGBT的栅极和发射极连接，在IGBT短路开通时，驱动电压V_G将全部通过此支路。当IGBT正常开通时，其导通压降V_ce比较小，栅极驱动电流会以第五电阻R₅-第一二极管D₁支路流经Q的沟道中，如图3中左侧箭头所示。由于驱动侧的电压和电流相较于功率侧的电压和电流较小，所以该设计对IGBT造成的导通损耗可以忽略不记。当IGBT短路开通的时候，Q的集电极-发射极电压V_ce迅速增大，栅极驱动电压V_G全部施加在第五电阻R₅-第六电阻R₆构成的串联支路上，此时栅极驱动电流如图3中右侧箭头所示。与其相连的第三电压比较器VC₃的正输入端的电压V₃为：

式中，V_G为驱动电压的取值，第五电阻R₅和第六电阻R₆为串联支路上的两个电阻。

此外，FPGA控制器与第三电压比较器VC₃的输出和IGBT驱动电路相连，通过检测第三电压比较器VC₃的输出来关断栅极控制信号。

合理地设计各类元器件的参数值，可以使IGBT短路发生时满足V₃＞V_ref3，此时第三电压比较器VC₃输出故障信号，最终通过FPGA的控制逻辑来关断栅极控制信号。

进一步地，第二短路检测模块包括：差分比例运算单元、积分运算单元、第一电压比较器VC₁、第二电压比较器VC₂和逻辑与门单元。

其中，差分比例运算单元的正极输入端和负极输入端分别与栅极驱动电阻的两端连接，其输出端与积分运算单元的正极输入端连接；积分运算单元的负极输入端接地，其输出端与第二电压比较器VC₂的正极输入端连接；第一电压比较器VC₁的正极输入端与IGBT的栅极连接，其负极输入端与第一预设参考电压源V_ref1连接，其输出端与逻辑与门单元的第一输入端连接；第二电压比较器VC₂的负极输入端与第二预设参考电压源V_ref2连接，其输出端与逻辑与门单元的第二输入端连接。

进一步地，逻辑差分比例运算单元包括：第一放大器、第一电阻、第二电阻、第一反馈电阻Rf₁和第二反馈电阻Rf₂；第一放大器的正极输入端通过第一电阻R₁与栅极驱动电阻R_g的一端连接，还通过第一反馈电阻R_f1接地；第一放大器的负极输入端通过第二电阻与栅极驱动电阻的另一端连接，其还通过第二反馈电阻R_f2与第一放大器的输出端连接。

进一步地，积分运算单元包括：第二放大器、第三电阻R₃、第四电阻R₄和第一电容C₁。

其中，第二放大器的正极输入端通过第四电阻R₄接地，其负极输入端通过第三电阻R₃与差分比例运算单元的输出端连接；第一电容C₁的两端分别与第二放大器的负极输入端和输出端连接。

基于栅极电流检测的短路检测电路，当IGBT短路发生的时候，栅极电流i_g会在栅极驱动电阻R_g上形成一定的电压差V_Rg，该电压差会经过差分比例运算单元的放大以及积分运算单元的处理后输出电压V₂输入到第二电压比较器VC₂中，与第二预设参考电压源的电压值V_ref2进行比较。

通过检测栅极电阻R_g上的电流情况来判断IGBT是否处于短路状态。以检测硬开关短路故障为例，当IGBT短路发生的时候，栅极电流i_g会在栅极驱动电阻R_g上形成一定的电压差V_Rg，该电压差会经过差分比例运算电路的放大以及积分运算的处理，最终将两级运放后的输出结果V₂与参考电压V_ref2进行比较，第二电压比较器作出故障判断。第一电压比较器VC₁用于检测栅极电压的异常，与门电路可以实现双重故障检测。

进一步的，电压V₂的表达式如下所示：

式中，R₁表示第二电压比较器VC₂正向输入电阻，R₃表示第二电压比较器VC₂的输出电阻，R_f表示比较器的反馈电阻。V_Rg表示栅极输入电阻R_g两端的电压。t₁表示短路故障发生的时间，t₂表示短路故障结束的时间。

为确保电路参数的对称性，第一电阻R₁和第二电阻R₂的阻值应该相等。另一方面，因为栅极-发射极电压V_ge不存在密勒效应，可以将IGBT开通瞬态时的电压V₁与参考电压V_ref1进行对比，第一电压比较器、第二电压比较器独立工作，可以提高短路故障检测的精度。

具体的，第一软关断模块包括：第一开关管M₁、第一栅极保护电阻R_g1、第三电容C₃和第八电阻R₈。

其中，第一开关管M₁的漏极通过第一栅极保护电阻R_g1与IGBT的栅极连接，其栅极通过第八电阻R₈与FPGA连接，其源极接地；第三电容C₃一端与第一开关管M₁的栅极连接，其另一端接地。

具体的，第二软关断模块包括：第二开关管M₂、第二栅极保护电阻R_g2和第七电阻R₇。

其中，第二开关管M₂的漏极通过第二栅极保护电阻R_g2与IGBT的栅极连接，其源极接地，其栅极通过第七电阻R₇与第二短路检测模块的输出端连接。

一旦发生短路故障，第二电压比较器VC₂率先驱动第一开关管M₁使其导通。若忽略第二开关管M₂的导通压降，此时Q的栅-发射极驱动电压V_ge为：

式中，R_g2为第二栅极保护电阻，通过合理地设置电阻R_g2的值，可以使V_ce电压在短时间内降至一定程度。

若短路行为是因为栅极电流的波动而导致的误判，则第一开关管M₁会逐渐关断，电路恢复正常工作。若是IGBT确实发生了短路行为，低于正常导通电压值的V_gs可确保V_ce电压检测模块的准确性，很大程度上减小因集电极-发射极电压Vce振荡而造成的误判概率。

另一方面，可以通过设置第八电阻R₈和第三电容C₃串联延时电路的参数来为第二级关断提供一定的消隐时间。电阻R_g2的阻值较小，可以使IGBT预关断，最后第二电压比较器VC₂将故障信号锁存并发送给FPGA控制单元，IGBT完全关断。

两级软关断保护电路，可以通过设置R₈-C₃串联延时电路的参数来为第二级关断提供一定的消隐时间。第二栅极保护电阻R_g2的阻值较小，可以使IGBT预关断，最后第三电压比较器VC₃将故障信号锁存并发送给FPGA控制单元，IGBT完全关断。

本发明提供的技术方案，包括：基于V_ce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测电路以及第一软关断模块和第二软关断模块。其中，基于V_ce退饱和检测的第一短路检测单元与IGBT驱动电路和IGBT的集电极相连，包括：第三电压比较器VC₃、FPGA控制器和第五电阻R₅、第六电阻R₆组成的串联支路；FPGA控制器检测第三电压比较器VC₃的输出信号反馈给IGBT驱动电路；第五电阻R₅、第六电阻R₆组成的串联支路与IGBT的栅极和集电极相连。基于栅极电流检测的第二短路检测模块并联在IGBT栅极和IGBT驱动电路之间，包括：差分比例运算单元、积分运算单元、第一电压比较器VC₁和第一电压比较器VC₂、逻辑与门单元以及FPGA控制器。差分比例运算单元并联在栅极输入电阻R_g两端；积分运算单元连接在差分比例运算单元之后并输出电压V₂；逻辑与门单元与第一电压比较器VC₁、第一电压比较器VC₂的输出相连用作双重故障检测；FPGA控制器连接逻辑与门单元的输出和IGBT驱动电路。第一软关断模块和第二软关断模块与IGBT栅极和发射极相连，包括：第一开关管M₁和第二开关管M₂、第一栅极保护电阻R_g1和第二栅极保护电阻R_g2、串联延时电路R₈-C₃。本发明利用IGBT在短路状态下集电极-发射极电压V_ce和栅极电流i_g的异常作为故障的判断依据，在检测到故障信号后，通过两级关断的方式减缓IGBT的关断速度，从而避免器件遭受损坏。

图5是本发明实施例提供的各开关器件的栅-源极电压波形图。

图6是传统硬开关短路故障下IGBT器件电压Vce波形图。

图7是传统硬开关短路故障下IGBT器件电流Ic波形图。

图8是本发明实施例提供的两级软关断短路保护电路硬开关短路故障下IGBT电压Vce波形图。

图9是本发明实施例提供的两级软关断短路保护电路硬开关短路故障下IGBT电流Ic波形图。

请参照图5、图6、图7、图8和图9，为了验证本发明对IGBT半桥电路产生的串扰的抑制效果，利用Cadence仿真软件，以硬开关短路故障为例，仿真采用本发明两级软关断短路保护电路和采用无短路保护电路对IGBT进行保护时，两者的器件波形。其中，IGBT采用器件模型为ROHM公司提供的RGCL60TK60模型，以硬开关短路故障为例，将状态下的器件波形与传统硬关断状态下的器件波形进行对比，并给出相应的结论。

IGBT的驱动电压V_G为18V、驱动电阻R_g为10Ω，MOS管M₁和M₂为ROHM公司提供的高功率密度、低导通电阻的中等功率MOS管RD3P08BBD。为了突出对比实验的效果，母线电压V_DC设置为800V、回路杂散电感L_loop设置为200nH。最大仿真步长为0.1us，器件短路开通时的脉冲持续时间为4us。

图5为驱动回路中IGBT Q、MOS管M₁和MOS管M₂三者的栅-源极电压波形，可以看出，当IGBT导通时间达到0.75us时，栅极电流检测模块检测出短路故障，第一开关管M₁逐渐导通，Q的栅极-发射极电压由18V缓慢降至12V。经过0.5us的消隐时间后，饱和电压检测模块检测出短路故障，第一开关管M₂逐渐导通，Q的栅极-发射极电压在0.7us内从12V下降到预关断电压，最后控制模块完全关断驱动信号。所提出的两级软关断保护电路从检测出故障信息到安全关断功率器件，总计耗时2.2us，基本没有超出IGBT所能承受的最大短路耐受时间。由于MOS管M₁和M₂是逐渐导通的过程，所以Q的栅极-发射极电压也是缓慢关断的，这有利于减小短路电流i_c的下降速率。

图6、图7、图8和图9分别为硬开关短路故障下硬关断方式与两级软关断方式对IGBT波形的影响。器件短路开通时，其集电极-发射极电压V_ce的压降、漏极短路电流i_d的峰值基本相同。在短路时长持续1us后，硬关断方式下集电极-发射极电压V_ce的过冲高达1500V，同时伴随着剧烈的振荡，器件极易损坏。软关断方式下短路电流i_d的下降时间明显增长，电流变化率di_c/dt较之硬关断方式减小。第一级关断时，集电极-发射极电压V_ce过冲为980V；第二级关断时，集电极-发射极电压V_ce过冲仅为840V。对比结果表明，所提出的两级软关断保护电路能够安全有效地关断IGBT。

本发明实施例旨在保护一种IGBT两级软关断短路保护装置，包括：基于V_ce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测模块、第一软关断模块、第二软关断模块和栅极驱动电阻；第一短路检测模块分别与IGBT驱动电路和IGBT的集电极连接，第二短路检测模块与第二软关断模块串联后再并联于IGBT驱动电路和IGBT的栅极之间，第一软关断模块分别与IGBT的栅极和第一短路检测模块连接，IGBT的栅极通过栅极驱动电阻与IGBT驱动电路连接；第一软关断模块和第二软关断模块分别通过FPGA与IGBT驱动电路连接；第一短路检测模块检测IGBT的V_ce电压，在V_ce电压异常时向第一软关断模块发出第一故障信号；第二短路检测模块检测栅极电流，在栅极电流异常时向第二软关断模块发出第二故障信号；第一软关断模块和第二软关断模块依次通过IGBT驱动电路关断IGBT，以减缓IGBT的关断速度。上述技术方案具备如下效果：

通过两级软关断技术采用电压和电流检测方法结合互补的思想，兼顾了栅极电流检测法的快速高效性和V_ce退饱和检测法的准确有效性，提高了短路故障检测的稳定性和可靠性，降低短路误判概率，保护IGBT器件的性能。

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 (3)

1.一种IGBT两级软关断短路保护装置，其特征在于，包括：基于Vce退饱和检测的第一短路检测模块、基于栅极电流检测的第二短路检测模块、第一软关断模块、第二软关断模块和栅极驱动电阻；

所述第一短路检测模块分别与IGBT驱动电路和IGBT的集电极连接，所述第二短路检测模块与所述第二软关断模块串联后再并联于所述IGBT驱动电路和所述IGBT的栅极之间，所述第一软关断模块分别与所述IGBT的栅极和所述第一短路检测模块连接，所述IGBT的栅极通过所述栅极驱动电阻与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一软关断模块和所述第二软关断模块分别通过FPGA与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一短路检测模块检测所述IGBT的Vce电压，在所述Vce电压异常时向所述第一软关断模块发出第一故障信号；

所述第二短路检测模块检测所述栅极电流，在所述栅极电流异常时向所述第二软关断模块发出第二故障信号；

所述第一软关断模块和所述第二软关断模块依次通过所述IGBT驱动电路关断所述IGBT，以减缓所述IGBT的关断速度；

所述第一短路检测模块包括：第三电压比较器、第一二极管、FPGA控制器、第二电容、第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻一端与所述IGBT的栅极连接，其另一端与所述第一二极管的正极连接；

所述第六电阻一端与所述第一二极管的正极连接，其另一端与所述IGBT驱动电路连接；

所述第一二极管的负极与所述IGBT的集电极连接；

所述第二电容与所述第六电阻并联连接；

所述第三电压比较器的正极输入端与所述第一二极管的正极连接，其负极输入端与第二预设参考电压源连接，其输出端通过所述FPGA控制器与所述IGBT驱动电路连接；

所述第二短路检测模块包括：差分比例运算单元、积分运算单元、第一电压比较器、第二电压比较器和逻辑与门单元；

所述差分比例运算单元的正极输入端和负极输入端分别与所述栅极驱动电阻的两端连接，其输出端与所述积分运算单元的正极输入端连接；

所述积分运算单元的负极输入端接地，其输出端与所述第二电压比较器的正极输入端连接；

所述第一电压比较器的正极输入端与所述IGBT的栅极连接，其负极输入端与第一预设参考电压源连接，其输出端与所述逻辑与门单元的第一输入端连接；

所述第二电压比较器的负极输入端与第二预设参考电压源连接，其输出端与所述逻辑与门单元的第二输入端连接；

所述逻辑与门单元的输出端与所述FPGA连接；

所述第一软关断模块包括：第一开关管、第一栅极关断保护电阻、第三电容和第八电阻，所述第一开关管的漏极通过所述第一栅极关断保护电阻与所述IGBT的栅极连接，其基极通过所述第八电阻与所述FPGA连接，其源极接地；

所述第三电容一端与所述第一开关管的基极连接，其另一端接地；

所述第二软关断模块包括：第二开关管、第二栅极关断保护电阻和第七电阻，所述第二开关管的漏极通过所述第二栅极关断保护电阻与所述IGBT的栅极连接，其源极接地，其基极通过所述第七电阻与所述第二短路检测模块的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的IGBT两级软关断短路保护装置，其特征在于，

所述差分比例运算单元包括：第一放大器、第一电阻、第二电阻、第一反馈电阻和第二反馈电阻；

所述第一放大器的正极输入端通过所述第一电阻与所述栅极驱动电阻的一端连接，还通过所述第一反馈电阻接地；

所述第一放大器的负极输入端通过所述第二电阻与所述栅极驱动电阻的另一端连接，其还通过所述第二反馈电阻与所述第一放大器的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的IGBT两级软关断短路保护装置，其特征在于，

所述积分运算单元包括：第二放大器、第三电阻、第四电阻和第一电容；

所述第二放大器的正极输入端通过所述第四电阻接地，其负极输入端通过所述第三电阻与所述差分比例运算单元的输出端连接；

所述第一电容的两端分别与所述第二放大器的负极输入端和输出端连接。