CN209946257U - 一种基于igbt的饱和压降检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于IGBT的饱和压降检测电路，所述饱和压降检测电路位于电源和三相交流电机的线路上，所述饱和压降检测电路包括：第一IGBT单元、第二IGBT单元、第三IGBT单元、第四IGBT单元、第五IGBT单元和第六IGBT单元、饱和压降检测单元、门极驱动单元、电流检测单元和霍尔传感器。在本实用新型实施例中基于该饱和压降检测电路配合电流检测单元可以实现对相应线路上各IGBT单元的饱和压降检测功能，使得对各IGBT单元的监控和维护实现了可能性。

Description

一种基于IGBT的饱和压降检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种直流保护电路及其应用系统。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，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，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

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；IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所述的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见。

由于IGBT单元各个组成材料的热膨胀率(CTE)有所差异，在经常负载变化的工况下(功率循环)长期使用或过高的结温变动，可能会产生材料结合部连接劣化，如绑定线与芯片结合处，芯片与DBC绝缘基板焊锡层，DBC绝缘基板与铜底板焊锡层，如果无法及时判断出劣化状况最终模块内部连接断路从而导致逆变器系统故障停机。劣化的状况可以从功率半导体器件的饱和压降数值去判断。如果饱和压降异常升高超过规格上限值则预示寿命即将完结。目前的逆变器装置基本上只是采集功率半导体模块内部热敏电阻(NTC)的温度或检测输出电流来进行过温度或过电流的故障检测。或者采集输出电流，输出电压，输出频率及载波频率，通过控制IC去进行结温(Tj)的推算。

目前的逆变器装置基本上只是采集功率半导体模块内部热敏电阻(NTC)的温度或检测输出电流来进行过温度或过电流的故障检测。或者采集输出电流，输出电压，输出频率及载波频率，通过控制IC去进行结温(Tj)的推算，精度不高，无法基于相应电路结构的组合实现对IGBT的功率循环寿命进行推测或实时的监测。

现有技术中存在相应的饱和检测电路实现了IGBT的检测手段，但如何结合三相交流电源输出实现饱和压降的检测电路还缺乏有效的检测手段，从而导致无法统一预测和检测电源和三相交流电机线路上各IGBT单元的寿命，对于一些高可靠性应用的场合必须频率更换模块以保证系统无停机及故障，从而大大增加了维护的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于IGBT的饱和压降检测电路，通过在电源和三相交流电机间接入相应的饱和压降检测电路，基于该饱和压降检测电路配合电流检测单元可以实现对相应线路上各IGBT单元的饱和压降检测功能，使得对各IGBT单元的监控和维护实现了可能性。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种基于IGBT的饱和压降检测电路，所述饱和压降检测电路位于电源和三相交流电机的线路上，所述饱和压降检测电路包括：第一IGBT单元、第二IGBT单元、第三IGBT单元、第四IGBT单元、第五IGBT单元和第六IGBT单元、饱和压降检测单元、门极驱动单元、电流检测单元和霍尔传感器，其中：

所述门极驱动单元连接着所述第一IGBT单元的门极、以及第二IGBT单元的门极、以及第三IGBT单元的门极、以及第四IGBT单元的门极、以及第五IGBT单元的门极和第六IGBT单元的门极；

所述第一IGBT单元和第二IGBT单元间形成第一路相电源接入至三相交流电机上，所述第三IGBT单元和第四IGBT单元间形成第二路相电源接入至三相交流电机上，所述第五IGBT单元和第六IGBT单元间形成第三路相电源接入至三相交流电机上；

所述霍尔传感器位于每一路相电源上，所述霍尔传感器与所述电流检测单元进行信号连接，所述电流检测单元与所述饱和压降检测单元进行信号连接；

所述饱和压降检测电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上。

所述第一IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第一IGBT单元的发射极连接着第二IGBT单元的集电极，所述第二IGBT单元的发射极连接着电源的负极；

所述第三IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第三IGBT单元的发射极连接着第四IGBT单元的集电极，所述第四IGBT单元的发射极连接着电源的负极；

所述第五IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第五IGBT单元的发射极连接着第六IGBT单元的集电极，所述第六IGBT单元的发射极连接着电源的负极。

每一个IGBT单元的集电极和发射极上并联有一二极管。

所述饱和压降检测单元包括电阻R、二极管D、稳压二极管ZD和隔离型数模转换器，所述R、D和ZD形成串联电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上，所述隔离型数模转换器并联接入在所述D和ZD所形成的线路上。

所述隔离型数模转换器型号为ADE7913。

所述霍尔传感器为SS495A霍尔传感器或者为SS49E霍尔传感器。

在本实用新型实施例中，将霍尔传感器和电流检测电路结合应用在三相交流电机的输入线路上，可以实现对三相交流电机的输入线路上的电流检测功能，从而使得电流检测功能得到一个功能性应用触发饱和压降检测单元来配合完成相应的IGBT单元的饱和压降检测，使得饱和压降检测功能能结合每一路相电流输出来完成对相应IGBT单元上的饱和压降检测功能，使得整个IGBT单元的检测更具有针对性和可控性，突破原有饱和压降检测只能对单个IGBT单元检测的唯一性，使得其在三相交流输出上可控和稳定性维护得到了具体应用和实现。

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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是本实用新型实施例中的基于IGBT的饱和压降检测电路的电路原理图；

图2是本实用新型实施例中的饱和压降检测单元的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例中的基于IGBT的饱和压降检测电路的电路原理图，该饱和压降检测电路位于电源和三相交流电机的线路上，该饱和压降检测电路包括：第一IGBT单元14、第二IGBT单元15、第三IGBT单元16、第四IGBT单元17、第五IGBT单元18和第六IGBT单元19、饱和压降检测单元、门极驱动单元、电流检测单元、霍尔传感器11、霍尔传感器12、霍尔传感器13等等。

需要说明的是，这里的门极驱动单元连接着第一IGBT单元14的门极、以及第二IGBT单元15的门极、以及第三IGBT单元16的门极、以及第四IGBT单元17的门极、以及第五IGBT单元18的门极和第六IGBT单元19的门极。

该第一IGBT单元14和第二IGBT单元15间形成第一路相电源接入至三相交流电机上，霍尔传感器13位于第一路相电源上，霍尔传感器13可以检测第一路相电源上的电流变化，并基于霍尔传感器13的器件特性将电流变化状态传递给电流检测单元。

该第三IGBT单元16和第四IGBT单元17间形成第二路相电源接入至三相交流电机上，霍尔传感器12位于第二路相电源上，霍尔传感器12可以检测第二路相电源上的电流变化，并基于霍尔传感器12的器件特性将电流变化状态传递给电流检测单元。

该第五IGBT单元18和第六IGBT单元19间形成第三路相电源接入至三相交流电机上，霍尔传感器11可以检测第三路相电源上的电流变化，并基于霍尔传感器11的器件特性将电流变化状态传递给电流检测单元。

这里的霍尔传感器位于每一路相电源上，各霍尔传感器与电流检测单元进行信号连接，该电流检测单元与饱和压降检测单元进行信号连接；该饱和压降检测电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上。需要说明的是，这里的霍尔传感器为SS495A霍尔传感器或者为SS49E霍尔传感器。

需要说明的是，第一IGBT单元14的集电极连接着电源正极，所述第一IGBT单元14的发射极连接着第二IGBT单元15的集电极，所述第二IGBT单元15的发射极连接着电源的负极；第三IGBT单元16的集电极连接着电源正极，所述第三IGBT单元16的发射极连接着第四IGBT单元17的集电极，所述第四IGBT单元17的发射极连接着电源的负极；第五IGBT单元18的集电极连接着电源正极，所述第五IGBT单元18的发射极连接着第六IGBT单元19的集电极，所述第六IGBT单元19的发射极连接着电源的负极。

图2示出了本实用新型实施例中的饱和压降检测单元的电路原理图，在针对一个IGBT单元实现饱和压降检测时，这里的每一个IGBT单元的集电极和发射极上并联有一二极管。这里的饱和压降检测单元包括电阻R、二极管D、稳压二极管ZD和隔离型数模转换器，所述R、D和ZD形成串联电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上，所述隔离型数模转换器并联接入在所述D和ZD所形成的线路上。这里的R、D和ZD形成一个电压钳制电路。需要说明的是，这里的隔离型数模转换器型号为ADE7913。

在门极驱动单元的门极电压驱动下，各IGBT单元工作于饱和区，各IGBT单元的集电极与发射极之间的电压差，不同的门极电压对应不同的饱和压降。饱和压降是衡量IGBT是否过流的重要指标，在门极驱动电压存在的情况下，发生IGBT过流，VCE会急剧上升，一般当VCE大于饱和压降10us左右，IGBT就会损坏。IGBT断开时的高电压可以通过稳压二极管ZD来限制，可以选用10V以下的齐纳电压的二极管。R为限流电流，IGBT在关断状态时，该电阻需要承受几乎电路中的全部电压，因此需要选用比较大容量的电阻器。二极管D是用来防止稳压二极管ZD的结电容中聚集的电荷放点，并防止因结电容和电流限制电阻形成滤波器。

饱和压降检测时，隔离型数模转换器需设置为和ZD稳压电压相当的小电压量程，IGBT处于关闭状态时，电路两端电压通过电阻，二极管和稳压二极管形成回路，回路的电流由电阻R来限制，隔离型模数转换器可以将稳压二极管两端的电压值输出和转换出去。电阻R、二极管D及稳压二极管ZD不在有电流流过时，则隔离型模数转换器所转出的电压是IGBT两端的饱和压降，这里的隔离型模数转换器受电流检测单元的信号作用来实现模数转换过程。

结合图1和图2所示电路原理，通过霍尔传感器作用在每一相线路上的电流特征，电流检测单元基于霍尔传感器上的电流特性与饱和压降检测单元间的器件特性实现对某一线路上IGBT单元的饱和压降检测功能。电流检测单元基于霍尔传感器实现电流特性检测属于本领域常规技术手段，这里不再一一赘述，针对单个IGBT单元实现饱和压降检测也常见于相关技术领域中，本实用新型将饱和压降检测单元、电流检测单元和霍尔传感器电路的结合应用于三相交流电机所在线路中可以达到对每一路相电流管理的IGBT单元实现相对应的检测过程，这种电路结合基于每种器件信号特性和功能作用就可以达到和实现。

另外，以上对本实用新型实施例所提供的基于IGBT的饱和压降检测电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，所述饱和压降检测电路位于电源和三相交流电机的线路上，所述饱和压降检测电路包括：第一IGBT单元、第二IGBT单元、第三IGBT单元、第四IGBT单元、第五IGBT单元和第六IGBT单元、饱和压降检测单元、门极驱动单元、电流检测单元和霍尔传感器，其中：

所述门极驱动单元连接着所述第一IGBT单元的门极、以及第二IGBT单元的门极、以及第三IGBT单元的门极、以及第四IGBT单元的门极、以及第五IGBT单元的门极和第六IGBT单元的门极；

所述第一IGBT单元和第二IGBT单元间形成第一路相电源接入至三相交流电机上，所述第三IGBT单元和第四IGBT单元间形成第二路相电源接入至三相交流电机上，所述第五IGBT单元和第六IGBT单元间形成第三路相电源接入至三相交流电机上；

所述霍尔传感器位于每一路相电源上，所述霍尔传感器与所述电流检测单元进行信号连接，所述电流检测单元与所述饱和压降检测单元进行信号连接；

所述饱和压降检测电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上。

2.如权利要求1所述的基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，

所述第一IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第一IGBT单元的发射极连接着第二IGBT单元的集电极，所述第二IGBT单元的发射极连接着电源的负极；

所述第三IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第三IGBT单元的发射极连接着第四IGBT单元的集电极，所述第四IGBT单元的发射极连接着电源的负极；

所述第五IGBT单元的集电极连接着电源正极，所述第五IGBT单元的发射极连接着第六IGBT单元的集电极，所述第六IGBT单元的发射极连接着电源的负极。

3.如权利要求1所述的基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，每一个IGBT单元的集电极和发射极上并联有一二极管。

4.如权利要求1所述的基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，所述饱和压降检测单元包括电阻R、二极管D、稳压二极管ZD和隔离型数模转换器，所述R、D和ZD形成串联电路并联接入在每一个IGBT单元的集电极和发射极上，所述隔离型数模转换器并联接入在所述D和ZD所形成的线路上。

5.如权利要求4所述的基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，所述隔离型数模转换器型号为ADE7913。

6.如权利要求1所述的基于IGBT的饱和压降检测电路，其特征在于，所述霍尔传感器为SS495A霍尔传感器或者为SS49E霍尔传感器。

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