[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明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。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明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。

本发明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；