CN108957271B - 一种igbt驱动过流故障监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种IGBT驱动过流故障监测方法及装置，该方法实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压；根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间；在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，则发出一个该故障等级对应的过流告警信号，至少发出两次过流告警信号。本发明在不改***件的检测环境的条件下，通过软件控制对逻辑信号进行处理，实现了对IGBT在过流故障报警区间的全程监测，避免了国际通用的传统方法出现误报的情况出现，提高了对IGBT过流故障检测的可靠性与准确性，具有更高的参考价值。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种IGBT驱动过流故障监测方法及装置。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为新兴大功率电子电子器件，兼有绝缘栅型场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)的高输入阻抗和电力晶体管(Giant Transistor，GTR)的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而且饱和压降低，故IGBT在交流***中得到了广泛应用，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域，特别是高压柔性直流输电领域，IGBT是高压大容量柔性直流变流器、高压直流断路器的核心器件。
IGBT具有双向开关特性，它的通流能力决定了上述产品的额定工作电流。IGBT驱动电路实现了两方面功能，一方面能够驱动IGBT模块以使IGBT能够正常工作，还能够对IGBT进行保护。对IGBT过流故障的监测和保护是IGBT驱动电路的重要组成部分。过流故障时IGBT发生擎住效应，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。
在实际工程应用中，会对IGBT阀过流故障进行监测。由于Vce＝Ic*Rce，其中，Ic为集电极电流，Vce为集电极与发射极之间的电压，当Ic增大时，Vce也会增大，所以，可通过检测IGBT的集电极与发射极之间电压Vce的方式来直观地获取IGBT过流故障信息。一般情况下，IGBT自带驱动的过流监测电路，过流监测电路可反馈监测的实测电压Vce。
而且，由于IGBT较为昂贵，在对IGBT阀过流故障进行告警限值设置时，并不是只设置一个报警限值，例如，会根据IGBT额定电流(IN)阈度的70％、80％、90％等设置多个级别的告警限值，即多个故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间，便形成了不同的过流故障报警区间，具体情况如图1所示，以对测试人员进行不同程度的提醒，以根据告警级别进行相应的保护措施。在达到IGBT阈度的100％时，监测到的Vce为跳闸值。
目前，国际上通用的IGBT驱动电路的过流监测保护功能是在每个报警限值的过流故障报警区间只上报一次过流故障信号，并将此报警信号锁死，后续的监测结果不再报出，且在过流故障清除后无法自动复位告警信号。若只上报一次过流告警信号，则可能会出现误报的情况，可靠性极低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种IGBT驱动过流故障监测方法及装置，用以解决现有技术中对每个过流故障报警区间只上报一次过流告警信号时可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种IGBT驱动过流故障监测方法，包括如下步骤：
1)实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压；
2)根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间；
3)在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，则发出一个该故障等级对应的过流告警信号，至少发出两次过流告警信号。
进一步地，所述故障等级包括2个故障等级。
进一步地，当监测的实测电压不在任何一个故障等级内，则发出清除过流告警信号。
本发明的一种IGBT驱动过流故障监测装置，包括如下模块：
用于实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压的模块；
用于根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间的模块；
用于在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，则发出一个该故障等级对应的过流告警信号，至少发出两次过流告警信号的模块。
进一步地，所述故障等级包括2个故障等级。
进一步地，还包括用于当监测的实测电压不在任何一个故障等级内，发出清除过流告警信号的模块。
本发明的有益效果：
本发明的IGBT驱动过流故障实时监测方法及装置，将监测IGBT的集电极和发射极之间的电压与设定的过流故障报警限值作比较，判断是在哪个过流故障报警区间内，并周期性的发出过流故障告警的信号。本发明在不改***件的检测环境的条件下，通过软件控制对逻辑信号进行处理，实现了对IGBT在过流故障报警区间的全程监测，避免了国际通用的传统方法出现误报的情况出现，提高了对IGBT过流故障监测的可靠性与准确性，具有更高的参考价值。
附图说明
图1是过流故障级别分级图；
图2是IGBT过流故障的电流示意图；
图3是IGBT驱动过流故障的监测信号和控制策略的时序示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
本发明的IGBT驱动过流故障监测方法实施例：
使用该方法所涉及的软硬件包括：IGBT的驱动程序、IGBT的上级控制电路设备SCE和IGBT驱动的过流监测电路。这些都是现有技术，不再做过多介绍。
过流监测电路监测的电压为集电极与发射极之间的电压Vce，程序内设置的k级过流故障报警限值为Vcek(k＝1,2,……)，设置的X级过流告警信号为FBX(X＝1,2，……)。即在Vce1≤Vce＜Vce2的过流故障报警区间内，为一级过流故障，此时IGBT驱动的回报光纤IP实时向上级控制电路设备SCE报出一级过流告警信号FB1；在Vce2≤Vce＜Vce3的过流故障报警区间内，为二级过流故障，此时IGBT驱动的回报光纤IP实时向上级控制电路设备SCE报出二级过流告警信号FB2；以此类推。在每个过流故障报警区间内，启动信号处理和上报功能。不同的过流告警信号FBX通过在IGBT驱动控制软件中定义不同脉宽的脉冲信号来进行区分和识别。其中，从故障检测到报出过流告警信号的时间间隔为Δt。
整体来说，该方法便是通过过流监测电路对IGBT的集电极和发射极之间的电压Vce进行实时监测，在每个过流故障报警区间内，对IGBT驱动的过流监测电路反馈的实测电压Vce与设置的过流故障报警限值Vcek比较，根据比较的结果，周期性的通过IGBT驱动的回报光纤IP实时向上级控制设备SCE报出过流告警信号FBX。
下面以IGBT驱动程序中设置两级故障报警限值为例来进行说明。
一个波次IGBT过流故障波形如图2所示，两级过流故障报警设定的限值分别为Vce1和Vce2，对应的电流分别为Ice1和Ice2，对应的两级过流告警信号为FB1和FB2。下面对整个时刻的工作过程做详细的介绍。
1)在t0时刻，IGBT触发导通，IGBT的驱动程序的过流监测功能启动。在t0～t1这段正常运行的时间段内，IGBT过流监测电路实时监测Vce，IGBT的驱动程序将监测到的Vce与设定的k级过流故障报警限值Vcek(k＝1,2,……)进行逻辑比较。比较的结果发现，在此时间段内无过流故障，输出为无过流告警信号，进入下一个闭环监测时序。
2)在t1时刻，过流监测电路将监测到的Vce发送给IGBT驱动程序，IGBT驱动程序发现Vce与Vce1相等，IGBT驱动程序在经过Δt的时间延迟后，判定启动报警信号并通过回报光纤IP向模块控制单元SCE报出第1次一级过流告警信号FB1，报警信号的设定可以如图3中IP1所示。然后，IGBT驱动程序按照时序进入下一个监测值判定周期，当t1～t2的时间段内，若再次监测到Vce≥Vce1，经过Δt的信号处理时间后，自动清除报警信号寄存器的前一个信息，将新的过流告警信号再次放入寄存器并上报模块控制单元SCE第2个一级过流告警信号FB1。在下一个监测周期，重复上述过程，报警信号的寄存器中自动存贮最新监测周期的过流告警信号。直到下一个时刻t2的到来。
3)在t2时刻，当过流监测电路将监测到的Vce发送给IGBT驱动程序，IGBT驱动程序发现Vce与Vce2相等，IGBT驱动程序在经过Δt的时间延迟后，判定启动报警信号，并自动清除报警信号寄存器的前一个信息(在t1～t2时刻之间的最后1个一级过流告警信号的信息)，通过回报光纤IP向模块控制单元SCE报出第1个二级过流告警信号FB2，报警信号的设定可以如图3中IP2所示。然后，IGBT驱动程序按照时序进入下一个监测判定周期，重复上述过程，报警信号的寄存器中自动存贮最新监测周期的过流告警信号。直到时刻t3时刻到来，过流监测电路输入IGBT驱动控制程序的Vce≥Vce1，IGBT驱动程序在经过Δt的时间延迟后，判定启动报警信号，并自动清除报警信号寄存器的前一个信息(在t2～t3时刻之间的最后1个二级过流告警信号的信息)，通过回报光纤IP向模块控制单元SCE报出一级过流告警信号FB1。在下一个监测周期，重复上述过程，报警信号的寄存器中自动存贮最新监测周期的过流告警信号。
4)在t4时刻，当过流监测电路输入IGBT驱动控制程序的Vce＜Vce1，IGBT驱动程序通过软件的逻辑判定结果在向报警信号寄存器发出清除过流告警的信号Fc，故障清除信号的设定可以如图3中Fc所示。
本发明的IGBT过流监测控制策略的驱动软件实施方法具有如下优点包括：
1、与国际通用的传统的在每个过流限值处只发出1次过流告警信号并锁在寄存器中，其他的报警信号忽略不上报的监测方法相比，本发明涉及的监测方法可以复现IGBT在过流期间的全监测过程，提供了一种实时监测的方法。
2、本发明涉及的IGBT过流监测通过IGBT驱动的控制软件的控制信号处理实现，不需要更改IGBT驱动电路的硬件电路，提供了一种实现简便、低成本、全新的解决实时过流监测的方法。
3、特别是在对信息记录、故障实时监测和数据分析要求等要求清洁能源并网、柔性直流输电领域、高压直流断路器等设备中有很高的应用价值，而且，本发明的IGBT驱动实时过流监测电路，不受驱动硬件的限制，应用范围广泛。
本发明的IGBT驱动过流故障监测装置实施例：
该装置包括：用于实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压的模块；用于根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间的模块；用于在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，则发出一个该故障等级对应的过流告警信号，至少发出两次过流告警信号的模块。
上述IGBT驱动过流故障监测装置，实际上是基于本发明对应方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，上述各种模块即为与方法流程相对应的各处理进程或程序。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再对该装置进行详细描述。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种IGBT驱动过流故障监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压；
2)根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间；
3)在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，均发出一个该故障等级对应的过流告警信号，将该过流告警信号放入报警信号寄存器中并自动清除报警信号寄存器中的前一个过流告警信号，以该过流告警信号替代前一次发出的过流告警信号。
2.根据权利要求1所述的IGBT驱动过流故障监测方法，其特征在于，所述故障等级包括2个故障等级。
3.根据权利要求1或2所述的IGBT驱动过流故障监测方法，其特征在于，当监测的实测电压不在任何一个故障等级内，则发出清除过流告警信号。
4.一种IGBT驱动过流故障监测装置，其特征在于，包括如下模块：
用于实时监测IGBT的集电极和发射极之间的实测电压的模块；
用于根据实测电压判断IGBT所在的故障等级，相应的故障等级对应一个设定的电压区间的模块；
用于在一个故障等级内，每次监测到所述实测电压处于该故障等级对应的电压区间时，均发出一个该故障等级对应的过流告警信号，将该过流告警信号放入报警信号寄存器中并自动清除报警信号寄存器中的前一个过流告警信号，以该过流告警信号替代前一次发出的过流告警信号。
5.根据权利要求4所述的IGBT驱动过流故障监测装置，其特征在于，所述故障等级包括2个故障等级。
6.根据权利要求4或5所述的IGBT驱动过流故障监测装置，其特征在于，还包括用于当监测的实测电压不在任何一个故障等级内，发出清除过流告警信号的模块。
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