[实用新型]基于门极电荷Qg的大功率IGBT故障诊断及保护装置

说明书

一种基于门极电荷Q_g的大功率IGBT故障诊断及保护装置，包括PWM输入模块、故障输出模块、FPGA/CPLD逻辑处理模块、推挽电路、电流采样电路、积分电路、高速AD采集模块。PWM输入模块用于接收电力电子装置主控制器的IGBT触发信号传送给FPGA/CPLD逻辑处理模块；故障输出模块用于将FPGA/CPLD逻辑处理模块监测到的IGBT故障信息发送至主控制器；推挽电路用于完成IGBT的正常开关处理；电流采集电路用于将采集到的IGBT门极电流信号传递给积分电路；积分电路用于将门极电流信号进行积分和复位运算，得不同开关区间的门极电荷Q_g模拟信号；高速AD采集模块用于将门极电荷模拟信号转换为数字信号传送至FPGA/CPLD逻辑处理模块。运用本实用新型能够实现IGBT上电前自检和在线实时监测，大大降低了IGBT损坏风险。

技术领域

本实用新型涉及一种大功率IGBT故障诊断及保护装置，尤其涉及一种基于门极电荷Q_g的大功率IGBT故障诊断及保护装置。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gated Bipolar Transistor,IGBT)是广泛应用于中到大功率电力电子设备中的一种电压全控型功率半导体器件。它结合了电力晶体管(GTR)与金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的优点，具有开关频率高、驱动电路简单、输入阻抗高、输出阻抗低等优点。

相关研究证明，大约34％的电力电子系统故障是由于功率器件IGBT失效造成的，可见主功率器件的失效是电力电子系统失效的主要原因。因此研究IGBT 的保护与故障诊断方法对于大容量电力电子系统的可靠性具有重要的意义。

目前常见的IGBT故障主要包括短路故障和开路故障。其中短路故障时间短，对系统的破坏性大，因此IGBT驱动板上都集成了相关硬件保护。但随着功率半导体技术的发展，IGBT芯片的热容参数逐渐减小，导致其短路耐受能力降低，因此对IGBT短路保护时间提出了更高的要求。

目前关于IGBT开路故障的研究热点基本都是基于软件算法类，此类方法需要占用CPU资源，且诊断时间相对较长，不利于系统的可靠运行。同时，造成 IGBT开路故障的原因不同，带来的故障现象和影响有所不同，因此，对于IGBT 开路故障既期望以最快的速度进行故障识别，更需要准确定位故障原因。

IGBT故障类型存在多种，现有IGBT驱动技术对于故障类型的诊断仅限于短路故障，然而，事实上IGBT存在多种短路故障类型，如果能进一步区分IGBT 的具体故障类型，对于故障分析具有重要意义。并且现有IGBT驱动技术也很少有针对过流保护及开路保护故障类型的诊断，虽然IGBT发生开路故障时，不会导致系统立即崩溃，但会降低系统的性能，如不能及时发现，会引起更大的事故。

因此，综上所述，设计一种能够对IGBT的各种故障类型进行诊断及保护的装置，对于提高电力电子系统的可靠性具有很大意义。

发明内容

本实用新型提出了以IGBT的门极电荷Q_g作为特征参数的IGBT故障保护及诊断装置，旨在快速、准确的实现对IGBT 7类典型的故障诊断及保护。

本实用新型按以下技术方案实现：

一种基于门极电荷Q_g的大功率IGBT故障诊断及保护装置，包括：

PWM输入模块，其与FPGA/CPLD逻辑处理模块相连，用于接收电力电子装置主控制器的IGBT触发信号传送给FPGA/CPLD逻辑处理模块；

故障输出模块，其与FPGA/CPLD逻辑处理模块相连，用于将FPGA/CPLD 逻辑处理模块监测到的IGBT故障信息发送至主控制器；