CN202059165U - 一种在线检测igbt器件短路和开路故障的控制器 - Google Patents

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周立专
周治国
查晓明
孙建军
宫金武
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Abstract

本实用新型公开了一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器，控制器包括：检测电路，从IGBT器件的集电极采集的反馈信号；逻辑芯片，接收检测电路传送的反馈信号并用逻辑芯片判断反馈信号电平的高低及是否向IGBT器件的基极发送PWM驱动信号，如果有发送PWM驱动信号且反馈信号为高电平，则判断IGBT器件开路故障；如果没有发送PWM驱动信号且反馈信号为低电平，则判断IGBT器件短路故障。所述逻辑芯片采用CPLD逻辑芯片。本实用新型目的在于提供了一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器。

Description

一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器
技术领域
本实用新型涉及一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器，本实用新型能够广泛应用在使用IGBT开关器件的电力电子装置中，极大地提高装置使用的可靠性和灵活性。 
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。拿一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管举例，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成)，称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector)，它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入 到N一层的空穴(少子)，对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 
由于IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高(10-40kHz)的特点，广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、开关电源、牵引传动等领域，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术。 
应用成熟的驱动模块电路来驱动IGBT，可以大大提高设备的可靠性，因此现在大多数电力电子装置使用驱动模块。目前主流的驱动模块有：EX840、M57962、HCPL316等。这些模块均具备过流软关断、高速光藕隔离、欠压锁定、故障信号输出等功能。但是这些芯片并没有自动检测IGBT短路和开路故障的功能，因此从实用角度来看，设计一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的方式，对于进一步提高电力电子设备运行可靠性具有很大意义。 
实用新型内容
本实用新型克服了上述技术的不足，提供了一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器。 
为实现上述目的，本实用新型采用了下列技术方案： 
一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器，包括：从IGBT器件的集电极采集的反馈信号的检测电路；根据检测电路传送的反馈信号电平的高低和向IGBT器件的基极发送PWM驱动信号电平高低来判断短路和开路故障的逻辑芯片。 
本实用新型的有益效果是：1、本实用新型由逻辑芯片根据IGBT器件V-I输出特性和工作状态来甄别IGBT故障，能够有效地检测器件短路和开路故障。2、本实用新型能够广泛应用在使用IGBT开关器件的电力电子装置中，极大地提高装置使用的可靠性和灵活性。 
附图说明
图1为本发明控制器的检测电路的电路原理图； 
图2为本发明控制器的逻辑芯片电路原理图。 
具体实施方式
如图1，一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器，包括： 
检测电路，从IGBT器件的集电极采集的反馈信号； 
逻辑芯片，接收检测电路传送的反馈信号并用逻辑芯片判断反馈信号电平的高低及是否向IGBT器件的基极发送PWM驱动信号，如果有发送PWM驱动信号且反馈信号为高电平，则判断IGBT器件开路故障；如果没有发送PWM驱动信号且反馈信号为低电平，则判断IGBT器件短路故障。所述逻辑芯片采用CPLD逻辑芯片。 
所述检测电路包括光电藕合器U9、与非门U71B，所述光电藕合器U9的原边通过2个二极管D198、D97后与IGBT器件的集电极连接，光电藕合器U9的次边连接在与非门U71B的输入端，与非门U71B的输出端与CPLD逻辑芯片的反馈信号端子SV1连接；所述光电藕合器U9的原边通过与IGBT器件的集电极连接，光电藕合器U9次边输出信号经过非门U71B逻辑转换后将信号发送到逻辑芯片的反馈信 号端子SV1。CPLD逻辑芯片的PWM驱动信号输出端PWM1与IGBT器件的基极连接，CPLD逻辑芯片的PWM驱动信号输出端PWM1输出PWM驱动信号控制开关管导通和截止。CPLD逻辑芯片根据自己发出的PWM驱动信号与反馈信号电平高低判断故障。当2个电平通过逻辑XOR判断为“0”时候，才开始判断IGBT器件短路和开路故障。当PWM信号电平为高时，SV1电平为高电平则认为IGBT开路；当PWM信号电平为低时，SV1电平为低电平则认为IGBT短路。 

Claims (4)

1.一种在线检测IGBT器件短路和开路故障的控制器，其特征在于包括：
从IGBT器件的集电极采集的反馈信号的检测电路；
根据检测电路传送的反馈信号电平的高低和向IGBT器件的基极发送PWM驱动信号电平高低来判断短路和开路故障的逻辑芯片。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所述检测电路包括光电藕合器(U9)、与非门(U71B)，所述光电藕合器(U9)的原边通过二极管与IGBT器件的集电极连接，光电藕合器(U9)的次边连接在与非门(U71B)的输入端，与非门(U71B)的输出端与逻辑芯片的反馈信号端子SV1连接；逻辑芯片的PWM驱动信号输出端PWM1与IGBT器件的基极连接。
3.根据权利要求2所述控制器，其特征在于所述光电藕合器(U9)的原边通过2个二极管(D98、D97)后与IGBT器件的集电极连接。
4.根据权利要求1所述控制器，其特征在于所述逻辑芯片为CPLD逻辑芯片。 
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