CN204536486U - 一种igbt退饱和检测电路 - Google Patents

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张新林
王宇
王征宇
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Abstract

本实用新型公开了一种IGBT退饱和检测电路，该检测电路包括电压比较器，电压比较器的第一输入端与IGBT的集电极连接，第二输入端与预设电压源连接。该检测电路结构简单，能够快速、可靠、有效地检测出IGBT退饱和现象，从而有助于避免因IGBT退饱和而导致电路中元器件的损坏。

Description

一种IGBT退饱和检测电路
技术领域
本实用新型涉及自动检测技术领域，具体地说，涉及一种IGBT退饱和检测电路。
背景技术
在电机控制器中，IGBT是一种极其关键的元器件，所以在使用的过程中，对于IGBT的保护尤为重要。正常工作时,IGBT处于饱和区，而退饱和也就是IGBT退出饱和区。当流过IGBT的电流上升，其集电极与射极之间的电压(即端电压)也随之上升。当IGBT所处的桥臂发生桥臂直通短路而使得流过IGBT的电流上升到IGBT额定电流的4～5倍时，此时IGBT会发生退饱和现象(对应的IGBT端电压即为退饱和电压)，IGBT的端电压会急剧上升到母线电压，从而造成与IGBT连接的电路的损坏。
基于上述情况，亟需一种能够简单、可靠地对IGBT的退饱和现象进行检测的电路。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种IGBT退饱和检测电路，所述检测电路包括电压比较器，所述电压比较器的第一输入端与IGBT的集电极连接，第二输入端与预设电压源连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述检测电路还包括：
第一二极管，其正极与所述电压比较器的第一输入端连接，负极与所述IGBT的集电极连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述检测电路还包括：
第一电阻，其连接在所述电压比较器的第一输入端与IGBT的集电极之间。
根据本实用新型的一个实施例，所述检测电路还包括：
第二电阻，其连接在所述电压比较器的第一输入端与第一二极管的正极之间，或，连接在所述第一二极管的负极与IGBT的集电极之间。
根据本实用新型的一个实施例，所述检测电路还包括：
第一电容，其一端与所述电压比较器的第一输入端连接，另一端与地连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述检测电路还包括：
可控开关，其包括三个端口，其中，第一端口与所述电压比较器的第一输入端连接，第二端口与地连接，第三端口与IGBT控制器连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述可控开关包括MOSFET或三极管。
根据本实用新型的一个实施例，所述预设电压源设置在所述电压比较器内部。
本实用新型所提供的IGBT退饱和检测电路利用电压比较器来对IGBT的集电极与射极之间的电压(即端电压)进行监测，当端电压超过预设参考电压时，电压比较器的输出电压发生反转，由此检测出IGBT发生退饱和。该检测电路结构简单，能够快速、可靠、有效地检测出IGBT退饱和现象，从而有助于避免因IGBT退饱和导致的电路中元器件的损坏。
本实用新型所提供的检测电路还通过在电压比较器与IGBT之间设置第一电阻，这样能够通过合理地配置第一电阻的阻值来设置IGBT的退饱和检测值，这样提高了该检测电路的灵活性和实用性。
同时，本实用新型所提供的检测电路还在电压比较器与IGBT之间设置有第一二极管。这样，当IGBT发生退饱和现象而使得电压VCE快速上升时，第一二极管通过其反向截止的特性，能够有效保护前端电路中的各个元器件(例如电压比较器等)不受损坏出，从而提高整个电路的可靠性。
此外，本实用新型所提供的检测电路通过设置可控开关，从而实现只检测IGBT在导通时的状态，从而有效避免了对IGBT不导通状态进行监测而引发的误报警，进一步提高了电路的可靠性。并且，该检测电路通过设置第一电容，保证了IGBT导通时，IGBT集电极与射极之间的电压VCE由母线电压下降到饱和电压的过程中不会出现无检测现象，从而保证了检测结果的可靠性。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本实用新型一个实施例的IGBT退饱和检测电路的电路原理图；
图2是根据本实用新型另一个实施例的IGBT退饱和检测电路的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本实用新型实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
实施例一：
图1示出了本实施例中提供的IGBT退饱和检测电路的电路原理图。
如图1所示，IGBT 103的集电极与电源101连接。当IGBT 103正常工作时，IGBT的集电极与射极之间的电压VCE为工作电压(通常该电压较小，例如2V左右)。而当IGBT 103发生短路情况而使得IGBT 103的流过的电流上升，此时电压VCE会随之上升，当IGBT 103流过的电流上升到到自身额定电流的一定倍数(通常为4～5倍)时，IGBT将发生退饱和现象，电压VCE会急剧上升到母线电压(通常该电压较大，例如200V左右)。
为了能够快速可靠地检测出IGBT 103是否发生退饱和现象，本实施例所提供了一种新的IGBT退饱和检测电路102，如图1所示，该检测电路102包括电压比较器U1，其中，电压比较器U1的第一输入端(即正相输入端)与IGBT 103的集电极连接，第二输入端(即反相输入端)与预设电压源连接，该预设电压源能够提供稳定的参考电压Vref。
需要说明的是，在本实用新型的一个实施例中，电压比较器U1的第二输入端所连接的预设电压源也可以设置在电压比较器U1的内部，即此时电压比较器U1能够提供内置参考电压，该参考电压根据具体的电路形式以及IGBT的性能参数，可以设置为不同的值，本实用新型不限于此。
IGBT 103发生短路而使得流过自身的电路上升，此时电压VCE会随之上升。当电压VCE超过参考电压Vref时，电压比较器U1的输出电压V2将发生反转，由此可以检测出此时IGBT 103发生了退饱和现象。
从上述描述中可以看出，本实施例所提供的IGBT退饱和检测电路利用电压比较器来对IGBT的集电极与射极之间的电压(即端电压)进行监测，当端电压超过预设参考电压时，电压比较器的输出电压发生反转，由此检测出IGBT发生退饱和。该检测电路结构简单，能够快速、可靠、有效地检测出IGBT退饱和现象，从而有助于避免因IGBT退饱和导致的电路中元器件的损坏。
实施例二：
图2示出了本实用新型另一个实施例所提供的IGBT退饱和检测电路的电路原理图。
如图2所示，本实施例所提供的检测电路202包括电压比较器U1、第一电阻R1、第一二极管D1和第一电容C1。其中，第一电阻R1的一端与电压比较器U1的正相输入端连接，另一端与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与IGBT 103的集电极连接。
需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，第一电阻R1与第一二极管D1的位置也可以互换，即第一二极管D1的正极与电压比较器U1的正相输入端连接，第一电阻R1连接在第一二极管D1的负极与IGBT 103的集电极之间，本实用新型不限于此。
在IGBT退饱和检测电路中，用于的判断IGBT是否发生退饱和的退饱和检测值是一个极其关键的参数，合理地设置该参数值，既能够使IGBT免受短路损毁，又能够避免误保护。
本实施例中，通过在电压比较器与IGBT之间设置第一电阻，能够通过合理地配置第一电阻的阻值来设置IGBT的退饱和检测值，这样提高了该检测电路的灵活性和实用性。
同时，本实施例所提供的检测电路还在电压比较器与IGBT之间设置有第一二极管。这样，当IGBT发生退饱和现象而使得电压VCE快速上升时，第一二极管通过其反向截止的特性，能够有效保护前端电路中的各个元器件(例如电压比较器等)不受损坏出，从而提高整个电路的可靠性。
当IGBT 103正常导通时，电源101提供的电流I1通过第一电阻R1、第一二极管D1和IGBT 103释放掉，此时有：
V1＝R·I1+VF+VCE                     (1)
其中，V1表示电压比较器U1正相输入端的电压，VF表示第一二极管D1导通时正负极之间的电压，R表示第一电阻R1的阻值。
当IGBT 103因短路或过流而发生退饱和时，电压VCE会快速上升，从而导致V1上升。当V1超过预设参考电压Vth时，电压比较器U1的输出电压发生反转，从而检测到IGBT 103的退饱和现象。
再次如图2所示，本实施例所提供的检测电路202还包括第一电容C1和可控开关K1。其中，第一电容C1的一端与电压比较器U1的第一输入端(即正相输入端)连接，另一端与地连接。可控开关K1包括三个端口，其中，第一端口与电压比较器U1的第一输入端连接，第二端口与地连接，第三端口(即控制端口)与控制器连接。
当IGBT控制器输出低电平使IGBT 103关断时，此时可控开关K1的第三端口接收到导通信号而导通第一端口与第二端口之间的连接，此时电压比较器U1的第一输入端则相当于与地连接，电压V1被拉低。当IGBT控制器输出高电平使IGBT 103导通时，此时可控开关K1的第三端口接收到关断信号而断开第一端口与第二端口之间的连接，此时电压比较器U1的第一输入端的电压V1与IGBT103有关。
由此可以看出，本实施例所提供的检测电路通过设置可控开关，从而实现只检测IGBT在导通时的状态，从而有效避免了对IGBT不导通状态进行监测而引发的误报警，进一步提高了电路的可靠性。
当IGBT导通时，其集电极与射极之间的电压VCE由母线电压下降到饱和电压需要一个过程，而本实施例所提供的检测电路通过设置第一电容C1，来避免在此过程中检测电路发生误报警。
本实施例例中，通过配置合理的电容值，来使得IGBT导通时，检测电路的响应时间大于电压VCE由母线电压下降到饱和电压所需的时间。具体地，第一电容的取值与相应时间的关系可以用如下表达式表示：
t1＝t2+C1·Vth/I1                         (2)
其中，t1表示检测电路的相应时间，t2表示内部消隐时间，I1表示电源101提供的电流。
本实施例中，可控开关K1采用了MOSFET，其具有快速开关的特性，所以对控制信号的相应也较快，能够保证电路检测结果的准确性和可靠性。当然，在本实用新型的其他实施例中，可控开关也可以采用其他合理器件，例如三极管等，本实用新型不限于此。
本实施例所提供的IGBT退饱和检测电路利用电压比较器来对IGBT的集电极与射极之间的电压(即端电压)进行监测，当端电压超过预设参考电压时，电压比较器的输出电压发生反转，由此检测出IGBT发生退饱和。该检测电路结构简单，能够快速、可靠、有效地检测出IGBT退饱和现象，从而有助于避免因IGBT退饱和导致的电路中元器件的损坏。
本实施例所提供的检测电路还通过在电压比较器与IGBT之间设置第一电阻，这样能够通过合理地配置第一电阻的阻值来设置IGBT的退饱和检测值，这样提高了该检测电路的灵活性和实用性。
同时，本实施例所提供的检测电路还在电压比较器与IGBT之间设置有第一二极管。这样，当IGBT发生退饱和现象而使得电压VCE快速上升时，第一二极管通过其反向截止的特性，能够有效保护前端电路中的各个元器件(例如电压比较器等)不受损坏出，从而提高整个电路的可靠性。
此外，本实施例所提供的检测电路通过设置可控开关，从而实现只检测IGBT在导通时的状态，从而有效避免了对IGBT不导通状态进行监测而引发的误报警，进一步提高了电路的可靠性。并且，该检测电路通过设置第一电容，保证了IGBT导通时，IGBT集电极与射极之间的电压VCE由母线电压下降到饱和电压的过程中不会出现无检测现象，从而保证了检测结果的可靠性。
应该理解的是，本实用新型所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
为了方便，在此使用的多个项目、结构单元和/或组成单元可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本实用新型的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本实用新型的单独自主的代表。
虽然上述示例用于说明本实用新型在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本实用新型由所附的权利要求书来限定。

Claims (8)

1.一种IGBT退饱和检测电路，其特征在于，所述检测电路包括电压比较器，所述电压比较器的第一输入端与IGBT的集电极连接，第二输入端与预设电压源连接。
2.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
第一二极管，其正极与所述电压比较器的第一输入端连接，负极与所述IGBT的集电极连接。
3.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
第一电阻，其连接在所述电压比较器的第一输入端与IGBT的集电极之间。
4.如权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
第二电阻，其连接在所述电压比较器的第一输入端与第一二极管的正极之间，或，连接在所述第一二极管的负极与IGBT的集电极之间。
5.如权利要求1～4中任一项所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
第一电容，其一端与所述电压比较器的第一输入端连接，另一端与地连接。
6.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：
可控开关，其包括三个端口，其中，第一端口与所述电压比较器的第一输入端连接，第二端口与地连接，第三端口与IGBT控制器连接。
7.如权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述可控开关包括MOSFET或三极管。
8.如权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述预设电压源设置在所述电压比较器内部。
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