[实用新型]检测IGBT母线电容电流的装置和IGBT保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及中、大功率电子电路，特别涉及一种检测IGBT母线电容电流的装置和IGBT保护电路。

背景技术

IGBT作为一种常见的电力电子开关器件，目前很广泛地应用在各种功率等级的电力变换设备中。当IGBT在某些情形下发生短路时，过大的短路电流可能会使IGBT结温上升到最高容许结温以上，导致本体烧毁甚至设备中的其他部件连带受损。为避免上述现象的发生，增强设备的可靠性，对IGBT进行短路保护是很有必要的。短路保护的基本流程是快速检测到短路现象并关断相应的IGBT驱动从而起到保护的作用。

对于中小功率电力电子电路，目前主流的技术是通过检测短路状态下IGBT的Vce饱和电压，在短路时，通过检测Vce退饱和来判断短路现象的发生，该做法主要缺点是必须为单个或一组并联IGBT都要设置单独的短路保护电路来检查IGBT的Vce电压、而且检测电路受主电路中的布线寄生电感等因素影响，准确性较低。对于大、中功率IGBT模块的电流检测与过流保护常采用电流传感器。但需注意要选择满足响应速度要求的电流传感器，价格和体积成为其应用的主要制约因素。

现有技术中，通过检测IGBT的Vce饱和电压判断短路技术的基本原理为当短路发生时流过IGBT的电流Ice急剧增大，Vce随之增大，当检测到的Vce大于正常工况下的设定值时，可判断短路发生。该方法需将Vce引入驱动板卡上，而IGBT的C极和E极通常和母线电压或桥臂中点输出相连，因此带来安规的风险。

随着平面变压器在电力电子电路中的应用，可利用PCB的平面变压器原理形成电流互感器检测母线电容电流。传统方法一、二次侧电流需平行于板面，电容电流对应的一次侧走线多为单匝，二次侧根据需要绕成类似涡流形式的N匝走线。由于一次侧直接与母线电压相连，对安规提出了严格的要求，同时其电流很大，带来了PCB板散热问题。另外，传统平面变压器多需要加装磁芯将所需的磁通量限于PCB板内，以便提供足够大的检测电流。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种检测IGBT母线电容电流的装置，包括印刷电路板、采样电阻和电压检测元件，所述印刷电路板上开设有通孔，所述印刷电路板包括第一走线层和第二走线层，待测的IGBT母线电容的一个引脚进入所述通孔且穿过第一走线层和第二走线层所在的平面，所述第一走线层和第二走线层之间开设有多个过孔，所述第一走线层和第二走线层上均设置有多个导线，多个所述导线与所述过孔连接形成空心线圈，所述空心线圈环绕在所述通孔周围，所述空心线圈与所述采样电阻串联，用于检测所述采样电阻上电压的所述电压检测元件与所述采样电阻连接。

进一步地，所述多个过孔分布于同心的第一圆周和第二圆周上，所述第一圆周和第二圆周以所述通孔的中心为圆心。

进一步地，所述印刷电路板为双层电路板，所述第一走线层为所述双层电路板的顶层，所述第二走线层为所述双层电路板的底层。

可替换的，所述印刷电路板上的走线层多于两层，所述第一走线层和第二走线层位于所述底层之上。

优选的，所述电压检测元件为电压比较器。

可替换的，所述电压检测元件为其他用于测量电压的模拟器件。

相应地，本实用新型提供了一种IGBT保护电路，包括印刷电路板、IGBT母线电容、采样电阻、电压检测元件、电源、IGBT模块，IGBT驱动电路，

所述印刷电路板上开设有通孔，所述印刷电路板包括第一走线层和第二走线层，所述IGBT母线电容的一个引脚穿过所述通孔，所述第一走线层和第二走线层之间开设有多个过孔，所述第一走线层和第二走线层上均设置有多个导线，多个所述导线与所述过孔连接形成空心线圈，所述空心线圈环绕在所述通孔周围，所述空心线圈与所述采样电阻串联，用于检测所述采样电阻上电压的所述电压检测元件与所述采样电阻连接；

所述IGBT模块与所述电源连接，所述IGBT驱动电路分别与所述电压检测元件和IGBT模块连接，所述IGBT母线电容与所述电源串联。

进一步地，所述IGBT模块的数目为两个，所述两个IGBT模块形成半桥拓扑结构，所述IGBT母线电容的数目为两个，所述两个IGBT母线电容串联。

可替换地，所述IGBT模块的数目为四个，所述四个IGBT模块形成全桥拓扑结构。

进一步地，所述电压检测元件为电压比较器，所述电压比较器与所述IGBT驱动电路连接。

进一步地，所述电源为直流电源。

实施本实用新型，具有如下有益效果：