CN117572192A - 一种igbt导通压降实时测量电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT导通压降实时测量电路，其包括开关器件M，M的漏极与IGBT集电极相连，栅极与电阻RG的一端相连，源极与电阻R的一端相连接；R的另一端分别连接RG的另一端、运放X的同相输入端、二极管D3的正极和二极管D4的负极；D4的正极分别连接电源‑VCC、电容C2的一端和二极管D2的正极；D2的负极接地并分别连接二极管D1的正极、C2的另一端和电容C1的一端；C1的另一端分别连接电源VCC、D1的负极和D3的负极；X的反相输入端与输出端相连并作为测量电路的输出。本发明结构简单，不需要引入IGBT的栅极驱动信号即可完成导通压降的实时同步测量，且与IGBT间的高压隔离通过开关器件实现，选择不同耐压值的开关器件即可实现不同高压环境下的测量。

Description

一种IGBT导通压降实时测量电路
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种IGBT导通压降实时测量电路。
背景技术
功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)是中大功率变换器中最重要的器件之一。广泛应用于牵引系统、脉冲电源、高压直流断路器和固态变压器之中。根据最近的研究，34％的电源转换器故障与IGBT有关。因此，许多研究者致力于提高IGBT在正常和恶劣条件下的可靠性。目前，针对功率IGBT器件的健康管理常常需要对器件的老化特征参数进行监测，其原理是，器件的电学或热学参数随器件老化发生规律性变化，这些参数称为老化特征参数。在这些参数中，器件的导通压降由于可直接在电力电子系统运行过程中对器件进行测量，即不停机测量而备受关注。但是，在实际的不停机测量中，测试电路需承受功率器件关断时相同的压降，通常达到几百甚至上千伏特，这无疑对测量电路提出了较高的要求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种IGBT导通压降实时测量电路可以实时不停机的测量IGBT器件的导通压降，并且无需引入IGBT的栅极驱动信号即可实现与器件开关之间的同步。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种IGBT导通压降实时测量电路，其包括开关器件M，M的漏极与被测IGBT的集电极相连接，栅极与电阻RG的一端相连，源极与电阻R的一端相连接；电阻R的另一端分别连接电阻RG的另一端、运放X的同相输入端、二极管D3的正极和二极管D4的负极；二极管D4的正极分别连接电源-VCC、电容C2的一端和二极管D2的正极；二极管D2的负极接地并分别连接二极管D1的正极、电容C2的另一端和电容C1的一端；电容C1的另一端分别连接电源VCC、二极管D1的负极和二极管D3的负极；运放X的反相输入端与输出端相连并作为测量电路的输出。
进一步地，开关器件M为耗尽型MOS器件。
进一步地，二极管D1和D2为稳压二极管。
进一步地，二极管D3和D4为肖特基二极管。
进一步地，电源电压VCC的电压值大于被测IGBT的导通压降。
本发明的有益效果为：本发明电路结构简单，不需要引入IGBT的栅极驱动信号即可完成器件导通压降的实时同步测量；且本电路与IGBT间的高压隔离通过开关器件实现，通过选择不同耐压值的开关器件即可实现不同高压环境下的电压测量。
附图说明
图1为本发明的电路示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该IGBT导通压降实时测量电路，包括开关器件M，M的漏极与被测IGBT的集电极相连接，栅极与电阻RG的一端相连，源极与电阻R的一端相连接；电阻R的另一端分别连接电阻RG的另一端、运放X的同相输入端、二极管D3的正极和二极管D4的负极；二极管D4的正极分别连接电源-VCC、电容C2的一端和二极管D2的正极；二极管D2的负极接地并分别连接二极管D1的正极、电容C2的另一端和电容C1的一端；电容C1的另一端分别连接电源VCC、二极管D1的负极和二极管D3的负极；运放X的反相输入端与输出端相连并作为测量电路的输出。
在本发明的一个实施例中，开关器件M为耗尽型MOS器件；二极管D1和D2为稳压二极管；二极管D3和D4为肖特基二极管；电源电压VCC的电压值大于被测IGBT的导通压降。IGBT的导通压降指器件开启时集电极与发射极之间的电压Vce。图1中VC是被测IGBT集电极电压，开关器件M为高压耗尽型MOS开关器件，Vout是测量电路的输出，即IGBT导通压降。
当被测IGBT器件开启时，VC＝Vce,on小于VCC,而运放X的输入电阻很大，二极管D3、D4均处于反偏状态，流经电阻R的电流为零。因此，耗尽型MOS器件的栅源电压VGS等于零，器件处于导通状态。此时运放X构成的电压跟随器的同相输入端电压等于IGBT的集电极电压VC即Vce,on，故测量电路的输出电压为IGBT的导通压降。
当被测IGBT器件关闭时，VC不断增大，直到VC大于VCC时，二极管D3导通，电流IM流经电阻R产生压降，当该压降大于耗尽型MOS器件阈值电压的绝对值时，MOS的栅源电压VGS大于其阈值电压，MOS开始关断。因而，电流IM降低，导致电阻R上的压降降低。MOS的栅源电压VGS又开始增大，此时IGBT集电极与发射极间的高电压由MOS器件承担，而运放的输入电压被钳位至电源电压VCC，测量电路的输出电压为VCC，实现了测量电路与IGBT高压之间的隔离。
稳压管D1、D2和电容C1、C2用于实现电源电压VCC的稳定，肖特基二极管D3、D4开关频率高，可以提高测量电路的带宽。
综上所述，本发明电路结构简单，不需要引入IGBT的栅极驱动信号即可完成器件导通压降的实时同步测量；且本电路与IGBT间的高压隔离通过开关器件实现，通过选择不同耐压值的开关器件即可实现不同高压环境下的电压测量。

Claims (5)

1.一种IGBT导通压降实时测量电路，其特征在于，包括开关器件M，所述开关器件M的漏极与被测IGBT的集电极相连接，栅极与电阻RG的一端相连，源极与电阻R的一端相连接；所述电阻R的另一端分别连接电阻RG的另一端、运放X的同相输入端、二极管D3的正极和二极管D4的负极；所述二极管D4的正极分别连接电源-VCC、电容C2的一端和二极管D2的正极；所述二极管D2的负极接地并分别连接二极管D1的正极、电容C2的另一端和电容C1的一端；所述电容C1的另一端分别连接电源VCC、二极管D1的负极和二极管D3的负极；所述运放X的反相输入端与输出端相连并作为测量电路的输出。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT导通压降实时测量电路，其特征在于，所述开关器件M为耗尽型MOS器件。
3.根据权利要求1所述的一种IGBT导通压降实时测量电路，其特征在于，所述二极管D1和D2为稳压二极管。
4.根据权利要求1所述的一种IGBT导通压降实时测量电路，其特征在于，所述二极管D3和D4为肖特基二极管。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT导通压降实时测量电路，其特征在于，所述电源电压VCC的电压值大于被测IGBT的导通压降。
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