高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路及其检测方法技术

本发明专利技术涉及一种高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路及其检测方法，运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，IGBT驱动器根据检测电路输出的数字信号，对IGBT模块的电流上升斜率进行检测，实现对IGBT模块的di/dt保护。IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，与杂散电感的电感值L和IGBT开通时电流的上升斜率di/dt成正比。检测电路中，所述的电压差即反映了电路中IGBT模块开通时的电流上升斜率，将此电压差大小与设定的保护阈值进行比较，从而计算出IGBT模块的电流上升斜率。

Current rising slope detecting circuit of high-voltage high power IGBT module and detection method thereof

The rising slope current detection circuit and detection method of the invention relates to a high power IGBT module, an operational amplifier, a diode and a resistor and a power supply for the pole terminal end PE and IGBT module power detection module IGBT transmitter driving voltage between the emitter electrode terminal of E terminal, digital output signal of 5V or 0V. IGBT driver according to the digital signal output current detection circuit, IGBT module on the rising slope detection, realize the protection of di/dt IGBT module. The voltage difference between the PE terminal of the IGBT module and the driving terminal of the IGBT module and the E terminal of the IGBT module is directly proportional to the inductance value L of the stray inductance and the rising slope di/dt of the current when the current is switched on. In the detecting circuit, the voltage difference reflects the rising slope of current in the circuit of IGBT module during the opening, the voltage difference and protection thresholds compared to calculate the current rising slope of IGBT module.

【技术实现步骤摘要】
高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路及其检测方法
本专利技术涉及一种高压大功率IGBT模块的检测电路及其检测方法，具体涉及一种高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路及其检测方法。
技术介绍
随着模块化多电平柔性直流输电技术的发展和可关断器件的发展，换流阀子模块使用的IGBT可关断器件的功率和电压等极都越来越高，因此其门极驱动条件也越来越高，而高压大功率IGBT的多重保护则显得尤为的重要。模块化多电平柔性直流输电换流阀子模块为半桥型或全桥型结构，IGBT驱动器必须具有IGBT模块短路故障和过流故障的检测能力。而常规的IGBT驱动器一般只有一种检测通态压降的过流故障保护，且已经是在IGBT模块进入饱和区之后才进行IGBT模块的保护关断操作，不能在开通过程中就对短路故障和过流故障的严重性进行预判，在故障电流未扩大时及时将IGBT模块关断从而尽快保护IGBT模块不被损坏。此外，IGBT模块内部的反并联二极管存在反向恢复电流，过大的电流上升斜率会损坏IGBT模块的反并联二极管。因此急需一种能够检测IGBT模块的电流上升斜率的方法和电路，以保证IGBT能正常工作，而不会因为短路或过流故障而损坏。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种高压大功率IGBT模块的电流上升率检测电路及其检测方法，检测IGBT开通过程中电流的上升斜率di/dt，从而提前保护IGBT模块不被过流损坏。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种高压大功率IGBT模块的电流上升率检测电路，所述检测电路包括运算放大器、二极管、电阻、供电电源；其改进之处在于，所述运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，用于IGBT模块的电流上升斜率的监测，从而实现对IGBT模块的di/dt保护。进一步的，所述二极管包括二极管D1和D2；所述电阻包括电阻R1～R5；所述电阻R2的一端与IGBT模块的功率发射极端子PE端连接，另一端与运算放大器的正相输入端连接；所述电阻R1的一端与运算放大器的正相输入端连接，另一端与二极管D1的阴极、电阻R3的一端和运算放大器的正相输入端连接；所述二极管D1的阳极与二极管D2的阴极与运算放大器的正相输入端连接；二极管D2的阳极与IGBT模块的驱动极发射极端子E端连接；电阻R3的一端与运算放大器的正相输入端连接，另一端与电阻R4的一端连接；所述电阻R4的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端连接；所述电阻R5的一端与运算放大器的输出端连接，另一端输出电压信号。进一步的，所述运算放大器的反相输入端、二极管D2的阳极和电阻R4的另一端均接地。进一步的，所述IGBT模块的功率发射极端子PE端外接连接母排；所述IGBT模块的驱动极发射极端子E端为电路的零势点或低电位；所述运算放大器的反相输入端电压值为IGBT模块的电流上升斜率保护阈值的等效值。本专利技术提供一种电流上升率检测电路的检测方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：A、设置过IGBT模块的电流上升斜率的保护阈值，IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差由电路中流过IGBT模块的电流上升斜率和IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的杂散电感决定，电压范围在0-15V之间，根据用户对IGBT模块开通保护要求设定，将IGBT模块的电流上升斜率保护阈值乘以IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的杂散电感得到的电压值即为电路中IGBT模块的电流上升斜率保护阈值等效值使运算放大器的反相输入端的电位固定；B、当IGBT模块的电流上升斜率小于设定的保护阈值，即IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差小于IGBT模块的电流上升斜率保护阈值等效值，IGBT模块工作正常，运算放大器同相输入端的电位小于反相输入端的电位，输出低电平0V；C、当电路中因为某种原因，可为短路故障或过流故障发生，则IGBT模块开通电流的上升斜率会很大，IGBT模块的功率发射极端子PE端电位与IGBT模块的驱动极发射极端子E端的电位差会变大，运算放大器正相输入端的电位升高，当大于反相输入端的电位，即超过设置的IGBT模块电流上升斜率保护阈值，运算放大器发生反相，输出高电平5V；D、检测电路将输出信号输出至IGBT模块的驱动器，IGBT模块驱动器根据接收到流过IGBT模块的电流上升斜率值是否达到保护阈值，从而实现对IGBT模块电流上升斜率的监测。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：本专利技术电路简单，实施容易，结合检测方法，可以实时监测IGBT模块的电流上升斜率，通过与保护阈值比较，从而在故障发生后能够更迅速的保护IGBT模块，而不会使IGBT模块损坏。附图说明图1是本专利技术提供的高压大功率IGBT模块的电流上升率检测电路的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。IGBT的功率极端子和控制极端子之间存在杂散电感，而IGBT开通过程中电流的变化会在杂散电感上产生电压，检测该杂散电感上的电压便可以推出电流的上升斜率。因此检测IGBT模块的电流上升斜率在于检测杂散电感上的电压。IGBT驱动端子集电极C(以下简称C)与功率端子集电极C(以下简称PC)之间的电压差或者IGBT驱动端子发射极E(以下简称E)与功率端子发射极E(以下简称PE)之间的电压差即为功率极端子和控制极端子之间杂散电感上的电压。由于IGBT模块的集电极C长期处于相对高电位，而发射极E处于低电位或者地电位。相比之下，检测IGBT模块的功率端子发射极E与驱动端子的发射极PE之间的电压差更容易实现。因此，可以设计检测回路用于检测IGBT的E与PE之间电压，从而实现IGBT的电流上升斜率的检测。本专利技术提供一种高压大功率IGBT模块的电流上升斜率的检测电路，所述检测电路包括运算放大器、二极管、电阻、供电电源；运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，使IGBT驱动器用于IGBT的控制保护。运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测PE极与E极之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，给IGBT驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路，所述检测电路包括运算放大器、二极管、电阻、供电电源；其特征在于，所述运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，用于IGBT模块的电流上升斜率的监测，实现对IGBT模块的di/dt保护。

【技术特征摘要】
1.一种高压大功率IGBT模块的电流上升斜率检测电路，所述检测电路包括运算放大器、二极管、电阻、供电电源；其特征在于，所述运算放大器、二极管和电阻及供电电源用于检测IGBT模块的功率发射极端子PE端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端之间的电压差，输出5V或者0V的数字信号，用于IGBT模块的电流上升斜率的监测，实现对IGBT模块的di/dt保护。2.如权利要求1所述的IGBT模块的电流上升斜率检测电路，其特征在于，所述二极管包括二极管D1和D2；所述电阻包括电阻R1～R5；所述电阻R2的一端与IGBT模块的功率发射极端子PE端连接，另一端与运算放大器的正相输入端连接；所述电阻R1的一端与运算放大器的正相输入端连接，另一端与二极管D1的阴极、电阻R3的一端和运算放大器的正相输入端连接；所述二极管D1的阳极与二极管D2的阴极与运算放大器的正相输入端连接；二极管D2的阳极与IGBT模块的驱动极发射极端子E端连接；电阻R3的一端与运算放大器的正相输入端连接，另一端与电阻R4的一端连接；所述电阻R4的一端与运算放大器的反相输入端连接，另一端与IGBT模块的驱动极发射极端子E端连接；所述电阻R5的一端与运算放大器的输出端连接，另一端输出电压信号。3.如权利要求2所述的IGBT模块的电流上升斜率检测电路，其特征在于，所述运算放大器的反相输入端、二极管D2的阳极和电阻R4的另一端均接地。4.如权利要求1所述的IGBT模块的电流上升斜率检测电路，其特征在于，所述IGBT模块的功率发射极端子PE端外接连接母排；所述IGBT模块的驱动极发射极端子E端为电路的零势点或低电位；所述运算放大器的反相输入端电压值为IGBT模块的电流上升斜率保护阈值的等效值。5.一种如权利要求1-4任一项所述的IGBT模块的电流上升斜率检测电路的检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高凯，邓卫华，贺之渊，韩子娇，吕铮，冯静波，张艳军，李强，于海玉，何晓洋，李家珏，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，全球能源互联网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21