CN114019341A - Igbt动态测试的过电流保护电路及igbt动态测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明一个或多个实施例提供一种IGBT动态测试的过电流保护电路及IGBT动态测试系统，过电流保护电路包括：保护开关和控制电路；所述控制电路与所述保护开关的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关的第二端与电源电路连接，第三端与IGBT动态测试回路连接；在所述IGBT动态测试回路中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路检测所述保护开关第二端与第三端之间的第一电压，并在所述第一电压超过预设参考电压时关断所述保护开关，切断所述电源电路的直通放电通道。本发明能够在IGBT动态测试系统出现失效过电流时能有效限制回路电流，保护整个系统不会受到大电流的冲击，电路结构简单，且快速又可靠。

Description

IGBT动态测试的过电流保护电路及IGBT动态测试系统

技术领域

本发明属于一种电子器件测试技术领域，具体是涉及到一种IGBT动态测试的过电流保护电路及IGBT动态测试系统。

背景技术

在绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)动态测试系统中，通常会存在大容量支撑电容储能，当被测IGBT在失效后，将造成电容直通放电，大容量电容能量通过测试回路瞬间释放，将对整个测试系统中造成很大的冲击，若保护不当，将加快设备的老化过程，加大设备的故障率，严重的将使整个测试系统瘫痪。因此，短时间内检测到回路过电流并且及时将大电流关断极为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种IGBT动态测试的过电流保护电路及IGBT动态测试系统，以解决在IGBT动态测试系统出现失效过电流对整个测试系统中造成很大冲击的问题。

基于上述目的，本发明一个或多个实施例提供了一种IGBT动态测试的过电流保护电路，包括：保护开关和控制电路；所述控制电路与所述保护开关的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关的第二端与电源电路连接，第三端与IGBT动态测试回路连接；在所述IGBT动态测试回路中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路检测所述保护开关第二端与第三端之间的第一电压，并在所述第一电压超过预设参考电压时关断所述保护开关，切断所述电源电路的直通放电通道。

可选的，所述控制电路包括：第一二极管、第一电容、检测驱动电路以及微控制器，所述微控制器与所述检测驱动电路进行通信连接，以传输故障信号和控制信号；所述检测驱动电路的第一端与所述第一二极管的阳极连接，并通过所述第一电容接参考地，所述第一二极管的阴极与所述保护开关的第二端连接，所述检测驱动电路的第二端与所述保护开关的第三端连接，并接所述参考地，所述检测驱动电路的第三端与所述保护开关的第一端连接。

可选的，所述检测驱动电路包括：电流源、开关管以及比较器；所述检测驱动电路的第一端在内部与所述比较器的同相输入端以及所述开关管的漏极连接，所述检测驱动电路的第一端在内部还接所述电流源，所述比较器的反相输入端接所述预设参考电压，所述检测驱动电路的第二端在内部与所述开关管的源极连接，所述开关管的栅极以及所述比较器的输出端与所述微控制器连接。

可选的，所述控制电路还包括第一电阻，所述第一二极管的阳极通过所述第一电阻与所述检测驱动电路的第一端连接。

可选的，所述控制电路还包括：第二电阻，所述检测驱动电路的第三端通过所述第二电阻与所述保护开关的第一端连接。

可选的，所述保护开关为IGBT晶体管。

可选的，所述保护开关为MOSFET晶体管，所述过电流保护电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述MOSFET晶体管的第三端连接，所述第二二极管的阴极与所述MOSFET晶体管的第二端连接。

可选的，所述保护开关的第一端为栅极，所述保护开关的第二端为集电极，所述保护开关的第三端为发射极。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提出了一种IGBT动态测试系统，包括：电源电路、IGBT动态测试回路以及前述的过电流保护电路。

可选地，所述电源电路包括：供电电源、第一开关以及支撑电容，所述供电电源的正极与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与所述过电流保护电路以及所述支撑电容的一端连接，所述供电电源的负极与所述支撑电容的另一端以及所述IGBT动态测试回路连接。

从上面所述可以看出，本发明一个或多个实施例提供的一种IGBT动态测试的过电流保护电路及IGBT动态测试系统，过电流保护电路包括：保护开关和控制电路；所述控制电路与所述保护开关的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关的第二端与电源电路连接，第三端与IGBT动态测试回路连接；在所述IGBT动态测试回路中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路检测所述保护开关第二端与第三端之间的第一电压，并在所述第一电压超过预设参考电压时关断所述保护开关，切断所述电源电路的直通放电通道，能够在IGBT动态测试系统出现失效过电流时能有效限制回路电流，保护整个系统不会受到大电流的冲击，电路结构简单，且快速又可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个或多个实施例中的IGBT动态测试的过电流保护电路的结构示意图；

图2为本发明一个或多个实施例中的过电流保护电路的电路示意图；

图3为本发明一个或多个实施例中的过电流保护电路中的保护开关工作过程示意图；

图4为本发明一个或多个实施例中的另一过电流保护电路的电路示意图；

图5为本发明一个或多个实施例中的IGBT输出曲线示意图；

图6为本发明一个或多个实施例中的又一过电流保护电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明一个或多个实施例提供了一种IGBT动态测试的过电流保护电路。如附图1所示，过电流保护电路10包括：保护开关VT1和控制电路101；所述控制电路101与所述保护开关VT1的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关VT1的第二端与电源电路30连接，第三端与IGBT动态测试回路20连接；在所述IGBT动态测试回路20中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路101检测所述保护开关VT1的第二端与第三端之间的第一电压Vce，并在所述第一电压Vce超过预设参考电压Vceset时关断所述保护开关VT1，切断所述电源电路30的直通放电通道。保护开关VT1的第一端为栅极，所述保护开关VT1的第二端为集电极，所述保护开关VT1的第三端为发射极。

在本发明实施例中，如图2所示，控制电路101包括第一二极管VD1、第一电容Cb1、检测驱动电路102以及微控制器103。所述微控制器103与所述检测驱动电路102进行通信连接，以传输故障信号和控制信号；所述检测驱动电路102的第一端与所述第一二极管VD1的阳极连接，并通过所述第一电容Cb1接参考地，所述第一二极管VD1的阴极与所述保护开关VT1的第二端连接，所述检测驱动电路102的第二端与所述保护开关VT1的第三端连接，并接所述参考地GND，所述检测驱动电路102的第三端与所述保护开关VT1的第一端连接。

可选地，控制电路101还包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一二极管VD1的阳极通过所述第一电阻R1与所述检测驱动电路102的第一端连接，检测驱动电路102的第三端Uout通过所述第二电阻R2与所述保护开关VT1的第一端连接。

在本发明实施例中，保护开关可以为IGBT晶体管。IGBT作为一种电力电子器件，当其输出电流超过一定值(一般为4～6倍)后，IGBT器件会进入退饱和状态，输出电流将不再增加。同时，不同等级的IGBT器件可关断上万安培电流，关断时间只要几微秒钟，响应速度既快又可靠。将更大电流输出能力的保护IGBT器件串入IGBT动态测试系统中，当回路出现失效直通时，保护IGBT器件会在2～3微秒左右进入退饱和状态，并在该时间内限制回路电流不再上升，此时可以通过控制电路迅速检测到退饱和并关断电路，对IGBT动态测试系统的保护具有重要意义

以下以保护开关可以为IGBT晶体管为例说明图2中的过电流保护电路的工作原理：IGBT动态测试回路20正常工作时，第一二极管VD1导通，保护开关VT1导通。IGBT动态测试回路20中的被测IGBT VT2失效造成IGBT动态测试回路20短路时，结合图3，电源电路30通过保护开关VT1后直接短路放电，回路电流Ic将急速上升。根据IGBT器件特性，电流上升到一定幅值后IGBT会进入退饱和状态。IGBT进入退饱和状态后，IGBT的集电极发射极电压Vce将会抬升，Vce大于一定幅值后，会启动检测驱动电路102，通过检测驱动电路102给第一电容Cbl充电，当第一电容Cbl上的电压大于驱动预设参考电压Vceset后，微控制器103将发出控制信号(低电平关断信号)给检测驱动电路102，通过检测驱动电路102输出低电平信号至IGBT的栅极，控制使IGBT关断，切断电源电路30的直通放电通道，保护整个IGBT动态测试系统。

更具体地，如图4所示，检测驱动电路102中包括：电流源Is、开关管VT3以及比较器U1。检测驱动电路102的第一端在内部与比较器U1的同相输入端以及开关管VT3的漏极连接，检测驱动电路102的第一端在内部还接电流源Is。比较器U1的反相输入端接预设参考电压Uceset。检测驱动电路102的第二端在内部与开关管VT3的源极连接。开关管VT3的栅极以及比较器U1的输出端可直接与微控制器103连接，比较器U1的输出端直接传输故障信号至微控制器103。开关管VT3优选为PMOS管。IGBT动态测试回路20正常工作时，第一二极管VD1导通，保护开关VT1导通，电流源Is的电流沿第一电阻R1和第一二极管VD1流向保护开关VT1。IGBT动态测试回路20中的被测IGBT VT2失效造成IGBT动态测试回路20短路，且IGBT进入退饱和状态后，IGBT的集电极发射极电压Vce将会抬升，Vce大于一定幅值后，第一二极管VD1截止，检测驱动电路102内部的电流源Is启动向第一电容Cb1充电。当第一电容Cbl上的电压大于驱动预设参考电压Vceset后，微控制器103将发出控制信号(低电平关断信号)给检测驱动电路102，通过检测驱动电路102控制使IGBT关断，切断电源电路30的直通放电通道，保护整个IGBT动态测试系统。

在本发明实施例中，被测IGBT VT2失效过电流后，保护IGBT VT1会进入退饱和状态限制回路电流不再上升。由图5所示的IGBT输出曲线可知，IGBT在不同的栅极电压驱动条件下，其退饱和电流不同，在15V栅压下一般为4～6倍额定电流。根据IGBT特性，在15V栅极电压驱动下，通过保护IGBT VT1的电流达到额定电流的4～6倍左右后，会进入退饱和状态，此时IGBT动态测试回路会由于保护IGBT VT1退饱和电流的限制，电流不会再上升。可以根据不同应用需求选择不同电流等级的保护IGBT VT1，以及选择不同栅极电压驱动，以达到限制回路最大电流的作用。举例说明：例如一款额定电流为1500A的IGBT，其在15V栅压下的退饱和电流为6000A。若测试系统最大测试电流为5000A，则可以选用IGBT。驱动栅压设定为15V，当正常测试时，回路电流将小于5000A，保护IGBT工作在线性区，不会影响测试回路，而当测试系统被测IGBT VT2失效后，回路电流将迅速上升到6000A，保护IGBT将迅速退饱和，回路电流将被限制在6000A不再上升，同时保护IGBT的Vce电压降迅速上升，大于驱动预设参考电压Vceset，微控制器将发出关断信号将保护IGBT关断，放电回路切断。若回路最大测试电流只有3000A时，若同时该保护IGBT在14V栅压下退饱和电流为4000A，则可以将驱动电压设定在14V，工作过程同上。若回路最大测试电流为10000A，则可以选择大等级电流，例如额定电流为2400A的保护IGBT。

在本发明实施例中，如图6所示，保护开关也可以为MOSFET晶体管VT4。此时过电流保护电路10还包括第二二极管VD2，所述第二二极管VD2的阳极与所述MOSFET晶体管VT4的第三端连接，所述第二二极管VD2的阴极与所述MOSFET晶体管VT4的第二端连接。该功率MOSFET器件具有与IGBT相似特性，具体工作原理与IGBT相同，在此不再赘述。

本发明实施例利用IGBT器件电流达到一定倍数后进入退饱和状态不再上升的特性，当回路出现过电流故障后，保护IGBT会限制回路的电流不再上升。同时利用IGBT器件在电流退饱和后集电极发射极电压Vce上升的特点，检测驱动电路检测到Vce大于某一预先设定值Vceset之后，将在几微秒内将器件关断，切断电源电路和IGBT动态测试回路之间的回路，保护整个测试系统不会受到大电流的冲击，保护器件失效现场便于失效原因分析，同时可以避免电流冲击对测试系统造成损伤。本发明实施例不需要额外的过电流检测系统，保护IGBT能起到限制回路电流和检测过电流的双重作用，电路结构简单，且快速又可靠。本发明实施例的IGBT动态测试的过电流保护电路适用与从几安培到几万安培的电流回路，可以通过采用不同电流等级IGBT和采用不同的栅压进行驱动来控制正常工作电流和保护过电流值，以及可以通过并联或串联不同数量的保护IGBT来适应不同的电压电流等级的测试系统。

本发明实施例的IGBT动态测试的过电流保护电路包括：保护开关和控制电路；所述控制电路与所述保护开关的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关的第二端与电源电路连接，第三端与IGBT动态测试回路连接；在所述IGBT动态测试回路中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路检测所述保护开关第二端与第三端之间的第一电压，并在所述第一电压超过预设参考电压时关断所述保护开关，切断所述电源电路的直通放电通道，能够在IGBT动态测试系统出现失效过电流时能有效限制回路电流，保护整个系统不会受到大电流的冲击，电路结构简单，且快速又可靠。

基于同一发明构思，本发明一个或多个实施例还提供了一种IGBT动态测试系统，继续参见图2，该IGBT动态测试系统包括电源电路30、IGBT动态测试回路20以及前述的过电流保护电路10。过电流保护电路10串联在电源电路30和IGBT动态测试回路20之间。电源电路30包括：供电电源Vs、第一开关K以及支撑电容C1，所述供电电源Vs的正极与所述第一开关K的一端连接，所述第一开关K的另一端与所述过电流保护电路10以及所述支撑电容C1的一端连接，所述供电电源Vs的负极与所述支撑电容C1的另一端以及所述IGBT动态测试回路20连接。过电流保护电路10的具体电路结构参见前面介绍，在此不再赘述。IGBT动态测试回路20失效短路后，支撑电容C1将通过失效的IGBT动态测试回路20瞬间放电，通过过电流保护电路10及时关断该支撑电容C1的放电通道，避免电容直通放电，从而保护整个IGBT动态测试系统。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种IGBT动态测试的过电流保护电路，其特征是，所述过电流保护电路包括：保护开关和控制电路；所述控制电路与所述保护开关的第一端、第二端以及第三端连接，所述保护开关的第二端与电源电路连接，第三端与IGBT动态测试回路连接；在所述IGBT动态测试回路中的被测IGBT失效短路时，所述控制电路检测所述保护开关的第二端与第三端之间的第一电压，并在所述第一电压超过预设参考电压时关断所述保护开关，切断所述电源电路的直通放电通道。

2.如权利要求1所述的过电流保护电路，其特征是，所述控制电路包括：第一二极管、第一电容、检测驱动电路以及微控制器，所述微控制器与所述检测驱动电路进行通信连接，以传输故障信号和控制信号；所述检测驱动电路的第一端与所述第一二极管的阳极连接，并通过所述第一电容接参考地，所述第一二极管的阴极与所述保护开关的第二端连接，所述检测驱动电路的第二端与所述保护开关的第三端连接，并接所述参考地，所述检测驱动电路的第三端与所述保护开关的第一端连接。

3.如权利要求2所述的过电流保护电路，其特征是，所述检测驱动电路包括：电流源、开关管以及比较器；所述检测驱动电路的第一端在内部与所述比较器的同相输入端以及所述开关管的漏极连接，所述检测驱动电路的第一端在内部还接所述电流源，所述比较器的反相输入端接所述预设参考电压，所述检测驱动电路的第二端在内部与所述开关管的源极连接，所述开关管的栅极以及所述比较器的输出端与所述微控制器连接。

4.如权利要求1所述的过电流保护电路，其特征是，所述控制电路还包括第一电阻，所述第一二极管的阳极通过所述第一电阻与所述检测驱动电路的第一端连接。

5.如权利要求1所述的过电流保护电路，其特征是，所述控制电路还包括：第二电阻，所述检测驱动电路的第三端通过所述第二电阻与所述保护开关的第一端连接。

6.如权利要求1所述的过电流保护电路，其特征是，所述保护开关为IGBT晶体管。

7.如权利要求1所述的过电流保护电路，其特征是，所述保护开关为MOSFET晶体管，所述过电流保护电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述MOSFET晶体管的第三端连接，所述第二二极管的阴极与所述MOSFET晶体管的第二端连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的过电流保护电路，其特征是，所述保护开关的第一端为栅极，所述保护开关的第二端为集电极，所述保护开关的第三端为发射极。

9.一种IGBT动态测试系统，其特征是，所述IGBT动态测试系统包括：电源电路、IGBT动态测试回路以及如权利要求1-8中任一项所述的过电流保护电路。

10.如权利要求9所述的IGBT动态测试系统，其特征是，所述电源电路包括：供电电源、第一开关以及支撑电容，所述供电电源的正极与所述第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与所述过电流保护电路以及所述支撑电容的一端连接，所述供电电源的负极与所述支撑电容的另一端以及所述IGBT动态测试回路连接。

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