CN114531017A - Igbt并联驱动检测电路及其控制方法 - Google Patents

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盛国栋
胡申旦
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Abstract

本发明公开了一种IGBT并联驱动检测电路，包括：至少二个并联的IGBT模块、至少二个门极电压检测电路、组合逻辑电路、滤波电路、至少二个驱动电路、驱动指令生成装置；其中，每个门极电压检测电路分别用于检测各个IGBT的模块门极电压的幅值及脉冲电压的时序；组合逻辑电路用于接收所有门极电压检测电路检测到的信号，并输出一个逻辑信号至滤波电路；滤波电路用于接收组合逻辑电路输出的信号并进行滤波再输出至驱动指令生成装置；驱动指令生成装置用于发出驱动指令至各个驱动电路，并根据接收到的滤波电路输出信号对发出的驱动指令进行调整；每个驱动电路在接收到驱动指令并进行放大后分别输出门极驱动信号至各个IGBT模块。

Description

IGBT并联驱动检测电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种检测电路，特别是一种IGBT并联驱动检测电路。本发明还涉及一种IGBT并联驱动检测电路的控制方法。
背景技术
IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。
当IGBT模块在并联使用时，需要保证所并联IGBT模块的驱动信号的同步性，但由于IGBT模块个体参数的差异，所并联的每个IGBT实际的驱动信号会存在差异，这种差异在大规格的IGBT模块上尤为明显。驱动信号的差异会导致IGBT运行时产生电流的不均衡，最终使得电流负载较大的IGBT提前失效。
此外，当使用特性差异较大的IGBT时，如何对IGBT的特性差异进行电气评估；如何调整IGBT驱动信号使得特性差异较大的IGBT可以并联使用；如何对于IGBT驱动信号链路上器件的失效模式进行诊断；如何对于IGBT使用过程中的异常现象进行检测及评估，也是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，提供一种IGBT并联驱动检测电路及其控制方法，通过判断IGBT的状态，对驱动电路的故障进行判定，从而提高器件使用效率。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种IGBT并联驱动检测电路，包括：
至少二个并联的IGBT模块、至少二个门极电压检测电路、组合逻辑电路、滤波电路、至少二个驱动电路、驱动指令生成装置；其中，每个门极电压检测电路分别用于检测各个IGBT的模块门极电压的幅值及脉冲电压的时序；组合逻辑电路用于接收所有门极电压检测电路检测到的信号，并输出一个逻辑信号至滤波电路；滤波电路用于接收组合逻辑电路输出的信号并进行滤波再输出至驱动指令生成装置；驱动指令生成装置用于发出驱动指令至各个驱动电路，并根据接收到的滤波电路输出信号对发出的驱动指令进行调整；
每个驱动电路在接收到驱动指令并进行放大后分别输出门极驱动信号至各个IGBT模块。
优选地，所述滤波电路为低通滤波电路。
优选地，所述门极驱动指令生成装置由软件控制或由硬件控制。
优选地，所述组合逻辑电路中，组合逻辑可以是如下组合逻辑的一种或组合：异或组合逻辑；同或组合逻辑。
本发明还公开了一种IGBT并联驱动检测电路的控制方法，包括以下步骤：
滤波电路将所述滤波后的电压反馈给驱动指令生成装置后，驱动指令生成装置根据所述滤波后的电压幅值及脉冲的宽度，将驱动指令进行预设操作并发送至驱动电路，使并联的IGBT模块处于导通、截止或维持状态。
优选地，所述预设操作为，驱动指令生成装置使所述所有驱动电路停止发出所有并联IGBT模块的门极驱动指令信号，使所有IGBT进入截止状态。
优选地，所述预设操作为，驱动指令生成装置进行调整操作，将所并联的IGBT模块中至少一个IGBT的门极驱动信号开通或关断延时，使得低通滤波后的电压幅值及脉冲的宽度进行相应的调整。
优选地，所述调整操作为，驱动指令生成装置将驱动指令提前或滞后预设时间再发出。
优选地，所述预设操作为，维持驱动信号开通或关断的方式不变。
优选地，所述预设操作使得滤波电路输出的电信号处于一个固定状态。
优选地，所述固定状态为电信号持续高于或低于预设电压。
优选地，所述固定状态为电信号维持在预设电压上。
优选地，所述预设操作为，当滤波电路输出的电信号的脉冲宽度大于2us时，可以判定为所并联的IGBT模块中至少一个发生了驱动信号故障，此时驱动指令生成装置将停止驱动指令的输出。
通过本发明可以实现以下功能：
IGBT门极参数一致性的筛选；
判断IGBT状态(是否损毁)，对驱动电路的故障进行判定；
对IGBT驱动信号进行调整，使得所并联的IGBT动态均流性能更好；
通过对IGBT驱动信号的调整，可以实现系统更好的EMC性能。
IGBT门极电压检测的成本十分低廉，组合逻辑和低通滤波电路的成本也十分低廉，可以实现低成本的改进。
附图说明
图1是本发明IGBT并联驱动检测电路的结构示意图。
图2为使用本发明IGBT并联驱动检测电路驱动脉冲调整前后参数对比图。
具体实施方式
实施例1：
如图1本发明公开了一种IGBT并联驱动检测电路，包括：
至少二个并联的IGBT模块、至少二个门极电压检测电路、组合逻辑电路、滤波电路、至少二个驱动电路、驱动指令生成装置。
IGBT模块包含了门极、集电极、发射极。每个门极电压检测电路分别用于检测各个IGBT的模块门极电压的幅值及脉冲电压的时序。
组合逻辑电路用于接收所有门极电压检测电路检测到的信号，并输出一个逻辑信号至滤波电路。所述组合逻辑电路中，组合逻辑可以是异或组合逻辑，也可以是同或组合逻辑，也可以是这两者的组合。
滤波电路用于接收组合逻辑电路输出的信号并进行滤波再输出至驱动指令生成装置；本实例中，所述滤波电路为低通滤波电路。滤波电路可以滤除IGBT驱动电路的微小波动和干扰。
驱动指令生成装置用于发出驱动指令至各个驱动电路，并根据接收到的滤波电路输出信号对发出的驱动指令进行调整。优选地，门极驱动指令生成装置由软件控制或由硬件控制。
每个驱动电路在接收到驱动指令并进行放大后分别输出门极驱动信号至各个IGBT模块。
根据上述的并联驱动检测电路，本发明的并联驱动检测电路控制方法如下：
滤波电路将所述滤波后的电压反馈给驱动指令生成装置后，驱动指令生成装置根据所述滤波后的电压幅值及脉冲的宽度，将驱动指令进行预设操作并发送至驱动电路，使并联的IGBT模块处于导通、截止或维持状态。
所述预设操作为下列操作中的任意一种：
驱动指令生成装置使所述所有驱动电路停止发出所有并联IGBT模块的门极驱动指令信号，使所有IGBT进入截止状态；
驱动指令生成装置进行调整操作，将所并联的IGBT模块中至少一个IGBT的门极驱动信号开通或关断延时，使得低通滤波后的电压幅值及脉冲的宽度进行相应的调整；较佳地，调整操作可以为，驱动指令生成装置将驱动指令提前或滞后预设时间再发出；
维持驱动信号开通或关断的方式不变。
预设操作使得滤波电路输出的电信号处于一个固定状态。所述固定状态为电信号持续高于或低于预设电压，或者维持在预设电压上。
预设操作还可以为，当滤波电路输出的电信号的脉冲宽度大于2us时，可以判定为所并联的IGBT模块中至少一个发生了驱动信号故障，此时驱动指令生成装置将停止驱动指令的输出。
本发明IGBT的门极电压可以表征IGBT的开关状态，所以对IGBT门极电压同步性的检测，可以间接反映所并联的IGBT开关的同步性。图2为使用本发明IGBT并联驱动检测电路驱动脉冲调整前后参数对比图。
本发明对所并联的IGBT的门极电压进行了检测，通过组合逻辑的判断及低通滤波电路的滤波，可以对所并联IGBT的开关时序进行判断，进而实现以下功能：
当滤波电路输出的电平的脉冲过宽时，优选的，脉冲宽度大于3us，可以推测出所并联IGBT开关时序差异太大，即推测出所并联IGBT的参数差异太大，不适宜并联；或者所并联IGBT已经损坏，或者驱动电路存在故障。该方法可以起到以下四个作用：
1、IGBT器件一致性的筛选，通过调整低通滤波电路的参数，可以设置各IGBT门极驱动信号不一致性的容忍度；
2、判定IGBT器件是否发生不可接受的故障；
3、探查驱动电路是否发生故障。
当滤波电路输出的电平的脉冲宽度小于2us，则可以通过驱动指令生成装置调整各个IGBT的驱动指令，使得滤波电路输出的电平的脉冲宽度趋近于零。
实施例2
IGBT并联后，由于电流增加较大，故对系统的EMC产生了挑战。在IGBT开通的策略中可以调整所并联IGBT的开通时序，例如：两个IGBT并联，IGBT1比IGBT2提前开，提前关，但这提前量被限定在一定的范围内，这个限定范围可以通过本系统中低通滤波的系数来控制。这样做可以降低所并联IGBT开关过程中电流/电压的变化率，从而提升系统的EMC性能。

Claims (13)

1.一种IGBT并联驱动检测电路，其特征在于，包括：
至少二个并联的IGBT模块、至少二个门极电压检测电路、组合逻辑电路、滤波电路、至少二个驱动电路、驱动指令生成装置；其中，
每个门极电压检测电路分别用于检测各个IGBT的模块门极电压的幅值及脉冲电压的时序；
组合逻辑电路用于接收所有门极电压检测电路检测到的信号，并输出一个逻辑信号至滤波电路；
滤波电路用于接收组合逻辑电路输出的信号并进行滤波再输出至驱动指令生成装置；
驱动指令生成装置用于发出驱动指令至各个驱动电路，并根据接收到的滤波电路输出信号对发出的驱动指令进行调整；
每个驱动电路在接收到驱动指令并进行放大后分别输出门极驱动信号至各个IGBT模块。
2.如权利要求1所述的IGBT并联驱动检测电路，其特征在于，
所述滤波电路为低通滤波电路。
3.如权利要求1所述的IGBT并联驱动检测电路，其特征在于，
所述驱动指令生成装置由软件控制或由硬件控制。
4.如权利要求1所述的IGBT并联驱动检测电路，其特征在于，
所述组合逻辑电路中，组合逻辑可以是如下组合逻辑的一种或组合：
异或组合逻辑；
同或组合逻辑。
5.如权利要求1-4中之一所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
滤波电路将所述滤波后的电压反馈给驱动指令生成装置后，驱动指令生成装置根据所述滤波后的电压幅值及脉冲的宽度，将驱动指令进行预设操作并发送至驱动电路，使并联的IGBT模块处于导通、截止或维持状态。
6.如权利要求5所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述预设操作为，驱动指令生成装置使所述所有驱动电路停止发出所有并联IGBT模块的门极驱动指令信号，使所有IGBT进入截止状态。
7.如权利要求5所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述预设操作为，驱动指令生成装置进行调整操作，将所并联的IGBT模块中至少一个IGBT的门极驱动信号开通或关断延时，使得低通滤波后的电压幅值及脉冲的宽度进行相应的调整。
8.如权利要求7所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述调整操作为，驱动指令生成装置将驱动指令提前或滞后预设时间再发出。
9.如权利要求5所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述预设操作为，维持驱动信号开通或关断的方式不变。
10.如权利要求5所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述预设操作使得滤波电路输出的电信号处于一个固定状态。
11.如权利要求10所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，所述固定状态为电信号持续高于或低于预设电压。
12.如权利要求10所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，所述固定状态为电信号维持在预设电压上。
13.如权利要求5所述的IGBT并联驱动检测电路的控制方法，其特征在于，
所述预设操作为，当滤波电路输出的电信号的脉冲宽度大于2us时，可以判定为所并联的IGBT模块中至少一个发生了驱动信号故障，此时驱动指令生成装置将停止驱动指令的输出。
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