CN114123832A - 一种基于igbt的死区自动补偿方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IGBT的死区自动补偿方法及电路，方法包括以下步骤：获取IGBT逆变回路的续流电流；将续流电流处理后输出，得到处理后电信号，将处理后电信号与预设的基准电位进行比较；当处理后电信号大于基准电位时，控制IGBT无法接收触发信号；当处理后电信号小于基准电位时，控制IGBT能够接收触发信号；其中，触发信号用于驱动IGBT开通。本发明能够实时检测IGBT续流电流，并通过续流电流检测电路控制IGBT的触发信号，使IGBT触发信号得到有效的时间移位，有效的动态的调整了IGBT的死区时间。通过调整IGBT的死区时间，使IGBT的工作频率更合理，对于负载不断变化的除尘器负载，可以有效的提高IGBT工作的可靠性，极大的提高了高频高压电源的工作效率。

Description

一种基于IGBT的死区自动补偿方法及电路

技术领域

本发明实施例涉及高压电源控制领域，具体涉及一种基于IGBT的死区自动补偿方法及电路。

背景技术

随着工业生产技术的不断发展，工业生产设备也不断更新升级，IGBT在工业生产场合也得到了广泛应用，高压静电除尘器作为工业尾气治理的主要设备，也随着科技进步以及环保要求的提高，逐渐的发挥着重要作用。

工业静电除尘器所使用的高压电源，需要长时间，高稳定性供电，为了提高设备的稳定性，在同等耗电功率下，采用IGBT可以有效的提高高压电源设备的除尘效率，而采用IGBT逆变后升压，则可以更有效降低电源的自身损耗，并且IGBT与可控硅相比，IGBT更具可靠性，在除尘电源工作过程中IGBT更是具有输出响应快，火花闪络控制及时等特点。IGBT通过上述优势，目前已大范围应用于高压静电除尘场合。

在IGBT应用中，IGBT的死区控制也是逆变系统的主要问题，同等输出功率下，死区过大，则导致系统IGBT峰值过高，极大地影响di/dt，使得IGBT承受的电流应力过大，造成IGBT温升过高，可能造成IGBT发热严重，甚至导致IGBT热击穿，损坏。

死区过小，则增大了IGBT同桥臂短路的风险。目前在IGBT系统设计中，多数设计人员会使用固定死区的方式工作，由于静电除尘用高压电源在供电过程中，除尘器作为高压电源的负载，其变化会引起逆变系统谐振开关周期，谐振周期变化后，原设计的死区时间将不匹配当前的系统状态，这时，可能导致系统工作效率降低，或者导致系统过热甚至IGBT热击穿。

发明内容

为此，本发明提供一种基于IGBT的死区自动补偿方法及电路，以解决现有技术中IGBT应用中死区过大、过小带来的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的一个方面中，提供了一种基于IGBT的死区自动补偿方法，包括：

获取所述IGBT逆变回路的续流电流；

将所述续流电流处理后输出，得到处理后电信号，将所述处理后电信号与预设的基准电位进行比较；

当所述处理后电信号大于所述基准电位时，控制所述IGBT无法接收触发信号；当所述处理后电信号小于所述基准电位时，控制所述IGBT能够接收所述触发信号；其中，所述触发信号用于驱动所述IGBT开通。

进一步地，所述基于IGBT的死区自动补偿方法还包括：

检测产生所述续流电流的时长，当所述IGBT续流时长超过预设时长后，控制降低所述IGBT的逆变频率。

进一步地，所述基于IGBT的死区自动补偿方法还包括：

当所述处理后电信号电势处于下降趋势时，控制所述IGBT能够接收所述触发信号。

进一步地，将所述续流电流处理后输出具体为：

将所述续流电流进行高频整流，并通过滤波回路将所述续流电流信号进行整形。

在本发明的实施方式的一个方面中，提供了一种基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，包括：

电流传感器，获取所述IGBT逆变回路的续流电流；

电信号处理单元，与所述电流传感器连接，用于处理接收到的所述续流电流；

放大比较单元，所述放大比较单元的输入端与所述电信号处理单元的输出端连接，用于将所述电信号处理单元处理得到的电压信号进行同相放大，并与基准电位进行比较；

控制单元，与所述放大比较单元的输出端连接，根据所述放大比较单元判断处理后电信号与所述基准电位间的大小，用于控制所述IGBT是否能够接收触发信号；检测产生所述续流电流的时长，当所述IGBT续流时长超过预设时长后，所述控制单元控制降低所述IGBT的逆变频率。

进一步地，当所述放大比较单元判断处理后电信号大于所述基准电位时，所述控制单元用于控制所述IGBT无法接收触发信号；当所述放大比较单元判断处理后电信号小于所述基准电位时，所述控制单元用于控制所述IGBT能够接收所述触发信号。

进一步地，所述电信号处理单元包括：

整流桥，所述整流桥的输入端与所述电流传感器的输出端电连接，用于将所述续流电流进行交流信号整流；

转换整形单元，所述转换整形单元的输入端与所述整流桥的输出端连接，用于将整流后的电信号转换成电压信号，并对所述电压信号进行整形；

其中，所述放大比较单元的输入端与所述转换整形单元的输出端连接。

进一步地，所述触发信号用于驱动所述IGBT开通。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明公开了一种基于IGBT的死区自动补偿方法及电路，本发明的技术方案为了确保IGBT逆变系统的高工作效率，并提高IGBT工作的可靠性，通过实时检测逆变回路续流电流时间，并通过续流时间，动态调整IGBT死区时间的自动补偿，当IGBT续流时间过长时，还可以输出降频信号，通知CPU主动降低IGBT逆变频率，既可以保证IGBT死区安全，又可以达到最高的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本发明的实施例提供的基于IGBT的死区自动补偿方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的一种基于IGBT的死区自动补偿电路的结构示意图；

图3为本发明的实施例提供的IGBT电流波形的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例

如图3为IGBT在工作过程中的电流波形，由图中曲线可以看出，在每次IGBT有效开通后，均会在IGBT的续流二极管上产生一个电流，这个电流在不同负载下周期、幅值均不相同，本发明的技术方案在不同负载下均可以检测到这个续流的结束时间，并在续流未结束时，不允许触发信号输出。

参考图1所示，本发明的公开了一种基于IGBT的死区自动补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：获取IGBT逆变回路的续流电流；

步骤2：将续流电流处理后输出，得到处理后电信号，将处理后电信号与预设的基准电位进行比较；

步骤3：当处理后电信号大于基准电位时，控制IGBT无法接收触发信号；当处理后电信号小于基准电位时，控制IGBT能够接收触发信号；其中，触发信号用于驱动IGBT开通。

具体地，参考图1、3，基于IGBT的死区自动补偿方法具体为：通过高频电流传感器，采集IGBT的高频电流信号，并将信号进行高频整流，通过滤波回路将信号加以整形，再与系统设定的基准电位进行比较，当IGBT的续流电流经转换整形后的电位大于基准电位时，CPU触发信号无法传输至IGBT，只有当续流电流经转换整形后的电位低于基准电位后，CPU的触发信号才可以通过“与门电路”这时，触发信号可以有效的驱动IGBT开通，这就完成了IGBT死区的自动控制，此电路不仅可以自动调整IGBT的死区时间，还可以将开通使能信号作为输出，接入CPU，使CPU可以主动跟踪死区时间值。

进一步地，基于IGBT的死区自动补偿方法还包括：检测产生续流电流的时长，当IGBT续流时长超过预设时长后，控制降低IGBT的逆变频率。

进一步地，基于IGBT的死区自动补偿方法还包括：当处理后电信号电势处于下降趋势时，控制IGBT能够接收触发信号。

如图2所示，本发明还公开了一种基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，其包括：电流传感器、电信号处理单元及控制单元。

具体地，电流传感器获取IGBT逆变回路的续流电流。在本实施例中，电流传感器为高频电流传感器。

电信号处理单元与电流传感器连接，用于处理接收到的续流电流。

放大比较单元的输入端与电信号处理单元的输出端连接，用于将电信号处理单元处理得到的电压信号进行同相放大，并与基准电位进行比较。

控制单元与放大比较单元的输出端连接，根据放大比较单元判断处理后电信号与基准电位间的大小，用于控制IGBT是否能够接收触发信号。具体地，当放大比较单元判断处理后电信号大于基准电位时，控制单元用于控制IGBT无法接收触发信号；当放大比较单元判断处理后电信号小于基准电位时，控制单元用于控制IGBT能够接收触发信号。

进一步地，电信号处理单元包括：整流桥和转换整形单元。整流桥的输入端与电流传感器的输出端电连接，用于将续流电流进行交流信号整流，本发明的电连接指的是接触式的电路连接。转换整形单元的输入端与整流桥的输出端连接，用于将整流后的电信号转换成电压信号，并对电压信号进行整形。其中，放大比较单元的输入端与转换整形单元的输出端连接。

如图2所示，具体地，外部高频电流互感器通过电流传感器的J2端子将电流信号接入检测电路，通过整流桥BR1将交流信号整流，通过并联电阻R14、R40将电流信号转换为电压信号，并通过电容C4进行整形，使用U11运算放大器进行同相放大，而后将放大后的信号通过电压比较器进行比较，如果电压信号大于RP4所指定的基准电位，则说明续流未结束，当电压信号小于基准电位后，接口“PWM-EN”则输出高电平（5V），使得IGBT能够接收CPU发送的触发信号，即CPU与IGBT之间的控制电路连通。

本发明能够实时检测IGBT续流电流，并通过续流电流检测电路控制IGBT的触发信号，使IGBT触发信号得到有效的时间移位，有效的动态的调整了IGBT的死区时间。通过调整IGBT的死区时间，使IGBT的工作频率更合理，对于负载不断变化的除尘器负载，可以有效的提高IGBT工作的可靠性，极大的提高了高频高压电源的工作效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于IGBT的死区自动补偿方法，其特征在于，包括：

获取所述IGBT逆变回路的续流电流；

将所述续流电流处理后输出，得到处理后电信号，将所述处理后电信号与预设的基准电位进行比较；

当所述处理后电信号大于所述基准电位时，控制所述IGBT无法接收触发信号；当所述处理后电信号小于所述基准电位时，控制所述IGBT能够接收所述触发信号；其中，所述触发信号用于驱动所述IGBT开通；

检测产生所述续流电流的时长，当所述IGBT续流时长超过预设时长后，控制降低所述IGBT的逆变频率。

2.根据权利要求1所述的基于IGBT的死区自动补偿方法，其特征在于，还包括：

当所述处理后电信号电势处于下降趋势时，控制所述IGBT能够接收所述触发信号。

3.根据权利要求1所述的基于IGBT的死区自动补偿方法，其特征在于，将所述续流电流处理后输出具体为：

将所述续流电流进行高频整流，并通过滤波回路将所述续流电流信号进行整形。

4.一种基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，其特征在于，包括：

电流传感器，获取所述IGBT逆变回路的续流电流；

电信号处理单元，与所述电流传感器连接，用于处理接收到的所述续流电流；

放大比较单元，所述放大比较单元的输入端与所述电信号处理单元的输出端连接，用于将所述电信号处理单元处理得到的电压信号进行同相放大，并与基准电位进行比较；

控制单元，与所述放大比较单元的输出端连接，根据所述放大比较单元判断处理后电信号与所述基准电位间的大小，用于控制所述IGBT是否能够接收触发信号；检测产生所述续流电流的时长，当所述IGBT续流时长超过预设时长后，所述控制单元控制降低所述IGBT的逆变频率。

5.根据权利要求4所述的基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，其特征在于，

当所述放大比较单元判断处理后电信号大于所述基准电位时，所述控制单元用于控制所述IGBT无法接收触发信号；当所述放大比较单元判断处理后电信号小于所述基准电位时，所述控制单元用于控制所述IGBT能够接收所述触发信号。

6.根据权利要求4所述的基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，其特征在于，所述电信号处理单元包括：

整流桥，所述整流桥的输入端与所述电流传感器的输出端电连接，用于将所述续流电流进行交流信号整流；

转换整形单元，所述转换整形单元的输入端与所述整流桥的输出端连接，用于将整流后的电信号转换成电压信号，并对所述电压信号进行整形；

其中，所述放大比较单元的输入端与所述转换整形单元的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的基于IGBT逆变系统的死区自动补偿电路，其特征在于，所述触发信号用于驱动所述IGBT开通。

Images