CN118033483B - 一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路 - Google Patents
一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路Info
- Publication number
- CN118033483B CN118033483B CN202410430346.9A CN202410430346A CN118033483B CN 118033483 B CN118033483 B CN 118033483B CN 202410430346 A CN202410430346 A CN 202410430346A CN 118033483 B CN118033483 B CN 118033483B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gate
- data
- current
- voltage
- fractional order
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 6
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路，通过方法分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，即通过对MOSFET的电参数进行分数阶建模，实现更快的电流变化速度，更快更精确的判断短路故障。
Description
技术领域
本发明属于功率器件短路检测技术领域，具体涉及一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路。
背景技术
由于SiC和Si之间不同的材料特性以及制造技术的限制，必须重新评估SiCMOSFET的可靠性。SiC界面质量差是器件的固有弱点，导致了器件容易出现早期失效。其中，由短路故障引起的失效和退化最为严重，在几微秒内同时受到高压和高电流的影响，致使器件完全损坏。
现目前，已经存在许多的短路检测方法，比如退饱和检测法，漏极电流检测法，门极电压检测法和功率检测法等。然而，这些方法虽然可以判断出短路故障，但是却并不一定可以很好的应用于SiC MOSFET。这是因为SiC器件芯片面积小，电流密度大，短路故障发生后电流上升速度很快。当故障发生时，检测电路必须可以做到快速响应，在短路故障对器件造成较大伤害前实现关断，以此来实现保护。
因此，针对以上的技术问题缺陷，急需设计和开发一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足及困难，本发明之目的在于，针对当故障发生时，检测电路无法做到快速响应，以及在短路故障对器件造成较大伤害前无法实现关断的技术问题缺陷，而提供一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路，通过对MOSFET的电参数进行分数阶建模，从而实现更快的电流变化速度，以此提升短路检测电路的反应速度，达到更快更精确的判断短路故障的目的。
本发明的第一目的在于提供一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法；本发明的第二目的在于提供一种基于分数阶栅极电流的短路检测电路；
本发明的第一目的是这样实现的：所述方法包括如下步骤：
分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；
调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；
根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
进一步地，所述创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据，还包括：
通分数阶转换处理，分别生成与第一电压数据相对应的第一电压信号；与第二电压数据相对应的第二电压信号；其中，所述第一电压信号为栅漏极电压信号；所述第二电压信号为栅源极电压信号；
分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数；生成与分数阶阶数相对应的栅极电流值数据。
进一步地，所述根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，还包括：
获取预设参考值数据，结合电阻分压器，实时对所述第三电流数据进行微调处理。
进一步地，所述第一分数阶模型表达式具体如下所示：
(1)
所述第二分数阶模型表达式具体如下所示：
(2)
其中，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgd栅漏极电压；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；α为分数阶模型的阶数。
进一步地，所述分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数；生成与分数阶阶数相对应的栅极电流值数据中的，栅极电流的表达式为：
(3)
其中，Ig为栅极电流，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压。
本发明的第二目的是这样实现的：所述电路应用于所述的栅极电流短路检测方法，所述电路包括：
数据获取模块，用于分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
模型创建模块，用于创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；
数据生成模块，用于调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；
短路判定模块，用于根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
进一步地，所述电路中，栅源极电压分别和栅源极电压模块的一端、栅极电感Lg的一端连接；所述栅源极电压模块的另一端和栅源极电压模块分数阶转换模块的一端连接；所述栅源极电压模块分数阶转换模块的另一端和栅漏极电压模块分数阶转换模块的一端经分数阶阶数调节后，结合预设参考值数据连接输入至比较器；所述比较器的输出端和信号隔离模块的一端连接；所述信号隔离模块的另一端和触发器连接；
所述栅极电感Lg的另一端和栅极电阻Rg的一端连接；所述栅极电阻Rg的另一端和栅极驱动模块的一侧连接；所述栅极驱动模块的另一侧和电感Lsk的一端连接；所述电感Lsk的另一端和电感Lsp的一端连接；电感Lsp的另一端接地。
进一步地，所述电路中，通过获取与栅极相对应的第一电流数据和第二电流数据，然后对采集到的数据进行分数阶拟合处理；其中，分数阶拟合处理方法为Fir型滤波器；得到基于分数阶模型的栅漏极电压Vgd信号和栅源极电压Vgs信号；分别对栅漏极电压Vgd信号、栅源极电压Vgs信号的分数阶阶数进行调节，改变相对应的栅极电流值数据；将预设参考值数据接入比较器的正向输入端，并通过电阻分压器进行微调处理；比较器触发器产生的输出信号被传输到D触发器；0到5V的PWM信号接入触发器，用于控制生成故障信号。
本发明通过方法分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，即通过对MOSFET的电参数进行分数阶建模，从而实现更快的电流变化速度，以此提升短路检测电路的反应速度，达到更快更精确的判断短路故障的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的一些实施例，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SiC MOSFET的等效电路；
图2为本发明基于分数阶建模的短路检测方法和传统短路检测方法的对比示意图；
图3为本发明一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法之短路监测电路示意图；
图4为本发明HSF短路情况下，基于所提出的分数阶建模的短路检测方法的各个参数的仿真波形图；
图5为本发明FUL短路情况下，基于所提出的分数阶建模的短路检测方法的各个参数的仿真波形图；
图6为本发明一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法流程示意图；
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为便于更好的理解本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。
本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。其次，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1-图6所示，本发明提供了一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法，所述方法包括如下步骤：
S1、分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
S2、创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；
S3、调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；
S4、根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
所述创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据，还包括：
S21、通分数阶转换处理，分别生成与第一电压数据相对应的第一电压信号；与第二电压数据相对应的第二电压信号；其中，所述第一电压信号为栅漏极电压信号；所述第二电压信号为栅源极电压信号；
S22、分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数；生成与分数阶阶数相对应的栅极电流值数据。
所述根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，还包括：
S31、获取预设参考值数据，结合电阻分压器，实时对所述第三电流数据进行微调处理。
所述第一分数阶模型表达式具体如下所示：
(1)
所述第二分数阶模型表达式具体如下所示：
(2)
其中，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgd栅漏极电压；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；α为分数阶模型的阶数。
所述分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数；生成与分数阶阶数相对应的栅极电流值数据中的，栅极电流的表达式为：
(3)
其中，Ig为栅极电流，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压。
为实现本发明方案目的，还提供一种基于分数阶栅极电流的短路检测电路，所述电路应用于所述的栅极电流短路检测方法，所述电路包括：
数据获取模块，用于分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
模型创建模块，用于创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；
数据生成模块，用于调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；
短路判定模块，用于根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
所述电路中，栅源极电压分别和栅源极电压模块的一端、栅极电感Lg的一端连接；所述栅源极电压模块的另一端和栅源极电压模块分数阶转换模块的一端连接；所述栅源极电压模块分数阶转换模块的另一端和栅漏极电压模块分数阶转换模块的一端经分数阶阶数调节后，结合预设参考值数据连接输入至比较器；所述比较器的输出端和信号隔离模块的一端连接；所述信号隔离模块的另一端和触发器连接；
所述栅极电感Lg的另一端和栅极电阻Rg的一端连接；所述栅极电阻Rg的另一端和栅极驱动模块的一侧连接；所述栅极驱动模块的另一侧和电感Lsk的一端连接；所述电感Lsk的另一端和电感Lsp的一端连接；电感Lsp的另一端接地。
所述电路中，通过获取与栅极相对应的第一电流数据和第二电流数据，然后对采集到的数据进行分数阶拟合处理；其中，分数阶拟合处理方法为Fir型滤波器；得到基于分数阶模型的栅漏极电压Vgd信号和栅源极电压Vgs信号；分别对栅漏极电压Vgd信号、栅源极电压Vgs信号的分数阶阶数进行调节，改变相对应的栅极电流值数据；将预设参考值数据接入比较器的正向输入端，并通过电阻分压器进行微调处理；比较器触发器产生的输出信号被传输到D触发器；0到5V的PWM信号接入触发器，用于控制生成故障信号。
具体地，在本发明实施例中，如图1展示了SiC MOSFET的等效电路。图中的电气元件包括：栅极电阻Rg和电感Lg，漏源等效电容Cds，栅源等效电容Cgs，栅漏等效电容Cgd，凯尔文源级电感Lsk等。
对图1中，栅漏极电流Igd和栅源极电流Igs进行分数阶建模可以得到：
(1)
(2)
式中，Vgd和Vgs分别为栅漏极电压和栅源极电压，α为分数阶模型的阶数；Vds为栅源极电压。
由图1可得，栅极电流Ig的表达式为:
(3)
由式（3）可得，栅极电流Ig的正负由栅漏极电流Igd和栅源极电流Igs两部分决定的。由于Cgs和Cgd的值较小，因此，栅极电流Ig的值主要取决于SiC MOSFET的Vgs和Vgd的电压变化率。在分数阶模型中，通过改变分数阶的阶数，可以影响到电压变化率的值，以此来改变栅漏极电流Igd和栅源极电流Igs的值。通过改变栅极电流的值，以达到更快判断出短路情况的目的，如图2所示。目前在电力电子应用中，被测器件的短路通常分为两种短路类型：硬开关故障(HSF)和负载故障(FUL)。由图2可得，无论是在HSF短路还是FUL短路情况下，基于分数阶模型的短路检测方法都可以使Ig更快的达到所设定的参考值，以此检测出短路故障。基于分数阶建模的短路检测方法和传统短路检测方法的对比，可以看出基于分数阶建模的短路检测方法可以通过调整分数阶阶数，更快的检测到短路故障的发生。
如图3所展示，本申请包含一个检测电路。这个电路首先通过获取与栅极相对应的第一电流数据和第二电流数据，然后对采集到的数据进行分数阶拟合处理。分数阶拟合的方法为Fir型滤波器，这个可以在其他论文或书籍中找到，本申请不做赘述。由此可以得到基于分数阶模型的栅漏极电压Vgd和栅源极电压Vgs信号。通过对这两个信号的分数阶阶数进行调节，可以改变栅极电流的值。将参考值接入比较器的正向输入端，并可通过电阻分压器进行精细调整。比较器触发器产生的输出信号随后被传输到D触发器。此外，0到5V的PWM信号接入触发器，用于控制最终故障信号的产出。
在电路的操作中，器件在正常工作状态下被接通，这时栅极电流总是大于或等于0，而预定的参考值被设置为一个负值。如果器件断开，那么栅极电流会短暂地小于0，这会使比较器的反相端输出高电平。触发器随后接收到这一上升沿信号并相应地触发，进而产生PWM信号。
在短路故障情况下，栅极电流会变为负值。若此电流低于比较器的负输入端的参考值，比较器的反相侧会输出高电平。触发器此时会捕捉到这个上升沿信号，并以脉冲上升沿前的PWM信号状态作为其输出。不论何种短路故障形式，PWM信号始终维持在高电平。同时，检测电路的输出信号也呈现高电平状态，标识已经有短路故障发生。因此，这个检测电路能够通过其简洁的构造来实现对短路故障的快速且精确的识别，适合检测各种形式的短路故障。
为了验证所提出的短路检测方法，本申请搭建了仿真模型。图4展示了发生HSF短路故障时各个电参数的波形图。观察可知，在SiC MOSFET导通之后，漏极电流ID急剧增加，随着电压Vds的短暂下降后，它又重新上升至母线电压水平。在Vds回升的阶段，栅极电流Ig呈现了负数，这一现象与理论分析是一致的。当栅极电流Ig低于设定的参考点时，触发器捕捉到上升沿信号并随之产生高电平的PWM信号，这标志着短路故障的发生。从Vgs电压开始上升计时，短路故障的检测时间极短，仅为54ns。
图5展示了发生FUL短路故障时各个电参数的波形图。实验设置为在负载短路条件下，这种情况会使得漏极电流I D 迅速增加。相应地，电压V DS 也会快速攀升，这导致栅极电流Ig瞬间变为负值。当栅极电流Ig降至参考值以下时，比较器产生高电平的PWM输出，确认了短路故障的发生。专利中使用的基于分数阶建模的栅极电流Ig的检测策略在FUL短路情况下的响应时间比HSF短路情况下更短，仅需16ns。
具体地，本发明方案电路的实现过程如下。正常工作时，当器件接通时，驱动电阻电压始终大于等于0,Vref设为负值。当器件关断时，驱动电阻电压在一段时间内小于0，导致比较器反相端的高电平输出。D端触发器接收上升沿信号并触发，Q端输出PWM信号。由于驱动芯片的延迟，VGS的变化总是比PWM信号的变化要慢。因此，当VGS为负时，PWM信号已经为0，检测电路的输出故障信号仍然为0。
当发生短路故障时，驱动电阻电压为负。如果小于比较器负输入侧的参考电压，则比较器反相侧输出高电平。此时D触发器检测到上升沿信号，并在CP端取脉冲上升沿前的PWM信号状态作为最终输出。无论发生何种SC故障，PWM信号都是高电平的。并且检测电路输出故障信号也输出高电平，表明已经出现短路故障。因此，该测量电路可以用简单的结构实现快速、准确的检测，适用于任何类型的短路故障。
本发明通过方法分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；调节与分数阶模型相对应的分数阶阶数，生成与所述分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据为与分数阶阶数相对应的电流数据；根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，即通过对MOSFET的电参数进行分数阶建模，从而实现更快的电流变化速度，以此提升短路检测电路的反应速度，达到更快更精确的判断短路故障的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；通过分数阶转换处理，分别生成与第一电压数据相对应的第一电压信号；与第二电压数据相对应的第二电压信号；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；所述第一电压信号为栅漏极电压信号；所述第二电压信号为栅源极电压信号；
所述第一分数阶模型表达式具体如下所示：
(1)
所述第二分数阶模型表达式具体如下所示：
(2)
其中，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgd栅漏极电压；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；α为分数阶模型的阶数；
分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数，生成与分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据是栅极电流值数据；
栅极电流的表达式为：
(3)
其中，Ig为栅极电流，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；
根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法，其特征在于，所述根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障，还包括：
获取预设参考值数据，结合电阻分压器，实时对所述第三电流数据进行微调处理。
3.一种基于分数阶栅极电流的短路检测电路，其特征在于，所述电路应用于如权利要求1或2所述的基于分数阶栅极电流的短路检测方法，所述电路包括：
数据获取模块，用于分别获取与栅极相对应的第一电流数据、第二电流数据；其中，所述第一电流数据为栅漏极电流数据，所述第二电流数据为栅源极电流数据；
模型创建模块，用于创建与所述第一电流数据相对应的第一分数阶模型，以及与所述第二电流数据相对应的第二分数阶模型；根据所述第一分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第一电压数据；根据所述第二分数阶模型经分数阶拟合处理，生成相应的第二电压数据；通过分数阶转换处理，分别生成与第一电压数据相对应的第一电压信号；与第二电压数据相对应的第二电压信号；其中，所述第一电压数据为栅漏极电压数据；所述第二电压数据为栅源极电压数据；所述第一电压信号为栅漏极电压信号；所述第二电压信号为栅源极电压信号；
所述第一分数阶模型表达式具体如下所示：
(1)
所述第二分数阶模型表达式具体如下所示：
(2)
其中，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgd栅漏极电压；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；α为分数阶模型的阶数；
数据生成模块，用于分别调节与所述第一电压信号和所述第二电压信号相对应的分数阶阶数，生成与分数阶阶数相对应的第三电流数据；其中，所述第三电流数据是栅极电流值数据；
栅极电流的表达式为：
(3)
其中，Ig为栅极电流，Igd为栅漏极电流；Igs为栅源极电流；Cgd为栅漏等效电容；Cgs为栅源等效电容；Vgs为栅源极电压；Vds为漏源极电压；
短路判定模块，用于根据所述第三电流数据，并结合预设参考值数据，实时判定待检电路中的功率器件是否存在短路故障。
4.根据权利要求3所述的一种基于分数阶栅极电流的短路检测电路，其特征在于，所述电路中，栅源极电压分别和栅源极电压模块的一端、栅极电感Lg的一端连接；所述栅源极电压模块的另一端和栅源极电压模块分数阶转换模块的一端连接；所述栅源极电压模块分数阶转换模块的另一端和栅漏极电压模块分数阶转换模块的一端经分数阶阶数调节后，结合预设参考值数据连接输入至比较器；所述比较器的输出端和信号隔离模块的一端连接；所述信号隔离模块的另一端和触发器连接；
所述栅极电感Lg的另一端和栅极电阻Rg的一端连接；所述栅极电阻Rg的另一端和栅极驱动模块的一侧连接；所述栅极驱动模块的另一侧和电感Lsk的一端连接；所述电感Lsk的另一端和电感Lsp的一端连接；电感Lsp的另一端接地。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于分数阶栅极电流的短路检测电路，其特征在于，所述电路中，通过获取与栅极相对应的第一电流数据和第二电流数据，然后对采集到的数据进行分数阶拟合处理；其中，分数阶拟合处理方法为Fir型滤波器；得到基于分数阶模型的栅漏极电压Vgd信号和栅源极电压Vgs信号；分别对栅漏极电压Vgd信号、栅源极电压Vgs信号的分数阶阶数进行调节，改变相对应的栅极电流值数据；将预设参考值数据接入比较器的正向输入端，并通过电阻分压器进行微调处理；比较器触发器产生的输出信号被传输到D触发器；0到5V的PWM信号接入触发器，用于控制生成故障信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410430346.9A CN118033483B (zh) | 2024-04-11 | 一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410430346.9A CN118033483B (zh) | 2024-04-11 | 一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118033483A CN118033483A (zh) | 2024-05-14 |
| CN118033483B true CN118033483B (zh) | 2024-07-02 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012244365A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Kyushu Institute Of Technology | 半導体装置の短絡保護装置 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012244365A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Kyushu Institute Of Technology | 半導体装置の短絡保護装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108387830B (zh) | 一种基于有源钳位反馈型的igbt过流检测装置及方法 | |
| CN108957278B (zh) | 基于门极电荷Qg的大功率IGBT故障诊断及保护方法和装置 | |
| CN107329071B (zh) | 一种igbt驱动器的性能测试电路、测试装置及方法 | |
| CN110034669B (zh) | 一种低压直流母线桥臂短路故障保护电路 | |
| US20190280473A1 (en) | Control device and semiconductor device | |
| CN105162314A (zh) | 一种用于buck变换器的过流检测电路 | |
| CN111585553A (zh) | 用于宽禁带半导体SiC MOSFET的短路保护结构及保护方法 | |
| CN112103920A (zh) | 一种dc/dc转换器过流保护电路 | |
| CN118033483B (zh) | 一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路 | |
| CN206379719U (zh) | 过流保护外围电路和用电设备 | |
| CN118033483A (zh) | 一种基于分数阶栅极电流的短路检测方法及电路 | |
| CN109038506A (zh) | 集成线性补偿的过流保护电路 | |
| CN108153366A (zh) | 一种过压保护电路 | |
| US20190027923A1 (en) | Switching circuit | |
| CN205749797U (zh) | 三极管反向特性测试仪 | |
| CN112636584B (zh) | 电子设备、dc-dc电源及其控制电路 | |
| CN209929951U (zh) | 基于短路保护的功率芯片 | |
| CN110133467B (zh) | 一种超宽动态范围信号的高精度测量方法 | |
| Sukhatme et al. | A drain current based short circuit protection technique for SiC MOSFET | |
| Jensen et al. | Online MOSFET condition monitoring for inverter-driven electric machines | |
| CN115932649B (zh) | 一种短路检测电路及方法 | |
| CN117741388B (zh) | 一种SiC MOSFET结温监测电路和方法 | |
| CN212749040U (zh) | 一种变频器的检测电路 | |
| CN212433385U (zh) | 电流传感器测试系统 | |
| CN219957769U (zh) | 一种功率半导体导通电阻测试装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |