CN203086429U

CN203086429U - 电动车igbt的保护电路

Info

Publication number: CN203086429U
Application number: CN 201220640674
Authority: CN
Inventors: 任春茂; 许亚兰
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2022-11-28

Abstract

本实用新型提出一种电动车IGBT的保护电路，其包括：检测模块、波形整形模块和保护执行模块。其中，检测模块连接在电动车的电机和IGBT之间，检测模块检测电动车的电机电流以生成检测信号；波形整形模块与检测模块相连，波形整形模块接收检测信号并对检测信号进行整流滤波，以及在整流滤波后的检测信号超过门限保护阈值时触发保护信号；保护执行模块与波形整形模块相连，保护执行模块接收保护信号并根据保护信号关闭IGBT的控制信号以关断IGBT。该电路能够对IGBT驱动电路进行过流保护，并且可以精确设定保护点，电路结构简单。

Description

电动车IGBT的保护电路

技术领域

本实用新型涉及电动车安全检测保护技术领域，特别涉及一种电动车IGBT的保护电路。

背景技术

目前，对于IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）的过电流保护，一般通过检测IGBT中CE极即集电极和发射极之间的压降的方法，判定是否过流。如图1所示，通过电压V_ce的值来判定IGBT是否过流。流过IGBT的电流大小和IGBT中CE极间的压降成正比，也就是说当流过IGBT电流突然增大时，CE极压降也会突然增大。因此，只要检测CE极间的压降就能实时检测到流过IGBT的电流大小。如图1所示，在IGBT开通时，通过比较器检测CE极间的压降。当IGBT正常运行时，流过IGBT的电流在安全范围内，CE极间的压降相对较小；当IGBT出现过流时，CE极间的压降迅速增大，当超过比较器翻转门限后将触发电路保护，关闭IGBT进行保护。

上述IGBT驱动电路内的过流保护方法，检测动作时间非常快，一般用于电流上升率非常快的故障例如电线短路、器件损坏等短时大电流的过流保护，即用于因器件损坏造成的短路冲击电流的保护，保护时间不超过10uS。

现有技术存在的缺点是，保护点离散性非常大，无法精确设定保护点；对于控制故障等造成的缓慢过流无法进行保护。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种电动车IGBT的保护电路，采用该保护电路，能够精确设定IGBT驱动过流保护电路的保护点，并且电路结构简单。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种电动车IGBT的保护电路，包括：检测模块，所述检测模块连接在电动车的电机和IGBT之间，所述检测模块检测所述电动车的电机电流以生成检测信号；波形整形模块，所述波形整形模块与所述检测模块相连，所述波形整形模块接收所述检测信号并对所述检测信号进行整流滤波，以及在整流滤波后的检测信号超过门限保护阈值时触发保护信号；保护执行模块，所述保护执行模块与所述波形整形模块相连，所述保护执行模块接收所述保护信号并根据所述保护信号关闭所述IGBT的控制信号以关断所述IGBT。

根据本实用新型提出的电动车IGBT的保护电路，通过波形整形模块对电流信号进行整形滤波并将电流信号和门限保护阈值进行比较，输出保护信号，并通过保护执行模块根据保护信号关闭IGBT的控制信号以关闭IGBT，能够有效地对IGBT的驱动电路进行过流保护，并且可以精确设定保护点。此外，可以通过改变电路内部相关参数来改变保护延迟时间和门限保护阈值，更加灵活。另外，该电路结构简单，成本低，只需要在原有电路基础上增加波形整形模块和保护执行模块即可实现过流保护作用。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的一种IGBT过流保护电路的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的电动车IGBT的保护电路的示意图；

图3为根据本实用新型的一个实施例的波形整形模块的电路的示意图；以及

图4为根据本实用新型的另一个实施例的保护执行模块的芯片的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图2至附图4描述根据本实用新型实施例提出的电动车IGBT的保护电路。

如图2所示，本实用新型实施例提出的电动车IGBT的保护电路包括检测模块201、波形整形模块202和保护执行模块203。其中，检测模块201连接在电动车的电机204和IGBT之间，检测模块检测电动车的电机204的电流以生成检测信号。波形整形模块202与检测模块201相连，波形整形模块202接收检测信号并对检测信号进行整流滤波，以及在整流滤波后的检测信号超过门限保护阈值时触发保护信号。保护执行模块203与波形整形模块202相连，保护执行模块203接收保护信号并根据保护信号关闭IGBT的控制信号以关断IGBT。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，正常运行情况下，单片机（未在图中表示）通过程序控制发出PWM（Pulse Width Modulation,脉冲调制），通过保护执行模块203传输到IGBT，此时没有触发保护，所以PWM信号可以顺利到达IGBT驱动模块，IGBT有序的开通或关断相应器件，使电机204正常运转，检测模块201将电机204的运行电流即检测信号传输到单片机和波形整形模块202。由于正常运行时电流非常小所以输入波形整形模块202的电流信号不足以触发保护信号。当出现异常情况时，电机204的电流突然增大，增大的电流被检测模块201检测到，传输给单片机和波形整形模块202，波形整形模块202对接收的电流信号进行整形滤波，并将此信号与门限保护阈值进行比较，如果超过门限保护阈值，波形整形模块202立即发出保护信号给保护执行模块203，保护执行模块203接收到保护信号，迅速将单片机发出的控制信号PWM关闭，从而阻止IGBT继续开通或关断相关器件。需要说明的是，由于软件判断故障较慢，一般需要100us，输入到单片机的信号还来不及判断故障，所以与波形整形模块202的处理速度相比，检测信号传输到单片机的流程可以忽略。

在本实用新型的一个实施例中，检测模块201可以为电流霍尔传感器。电流霍尔传感器位于IGBT驱动器内部，用于对电机进行控制。将电流霍尔传感器作为过流保护电路的一部分，其精度能够满足需要。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，波形整形模块202进一步包括高通滤波整流单元301和比较单元302。其中，高通滤波整流单元301与检测模块201相连，高通滤波整流单元301对检测信号进行高通滤波和整流。比较单元302与高通滤波整流单元301相连，比较单元302将高通滤波和整流后的检测信号与门限保护阈值进行比较。进一步地，在本实施例中，波形整形模块202还包括延时单元303，如图3中所示电容C2，延时单元303连接在高通滤波整流单元301和比较单元302之间，延时单元303调节保护延迟时间，即言，通过调节电容C2可以改变保护延时时间。

具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，高通滤波整流单元301包括第一二极管304、第二二极管305、第三二极管306和第四二极管307组成，如图3中二极管D1、D2、D3和D4，由D1、D2、D3和D4组成全波整流桥，可以对信号进行全波整流。其中，第一二极管304和第三二极管306串联连接后与串联连接的第二二极管305和第四二极管307并联，第三二极管306和第四二极管307的一端分别接地。还包括第一电容308和第一电阻309，如图3中的C1和R1。第一电容308的一端与串联连接的第一二极管304和第三二极管306之间的节点相连；第一电阻309与串联连接的第二二极管305和第四二极管307并联。

在本实用新型的一个实施例中，高通滤波整流单元301中的比较单元302包括相互串联的第二电阻311和第三电阻312，如图3中的电阻R2和R3，由电阻R3和R2提供门限电压。其中，第二电阻311的一端与电源相连，第三电阻312的一端接地，通过改变相互串联的第二电阻311和第三电阻312的大小调节保护门限阈值。进一步地，如图3所示，比较单元302还包括比较器313，比较器313的正输入端与相互串联的第二电阻311和第三电阻312之间的节点相连，比较器313的负输入端与高通滤波整流单元301相连。

电流霍尔传感器检测到的电流信号是以2.5V为基准的幅值和频率均变化的正弦波，为方便波形检测，该电流信号通过C1和R1进行滤波，电流信号从以2.5V为基准变为以0V为基准，再通过由D1、D2、D3、D4组成的全波整流桥，电流信号中的半周期负值全部翻转为正值，电流信号输入到比较器负端与由电阻R3和R2提供的门限电压进行比较，当电流信号的幅值超过门限电压时，比较器输出低电平，即故障信号。另外，改变电容C2的大小可以调节保护延迟时间，改变电阻R3和/或R4可以改变过流保护点。

在本实用新型的另一个实施例中，保护执行模块203可以为锁存器。如图4所示，为本实施例的锁存器的芯片示意图。当锁存器的控制脚为高时单片机发出的PWM信号可以顺利通过锁存器芯片到达IGBT驱动，当OC端口输出故障信号后，故障信号使锁存器芯片控制脚由高变低，导致PWM信号无法通过锁存芯片。

在本实用新型的一个实施例中，检测模块201检测到电机的电流信号传送到波形整形模块202，波形整形模块202中的高通滤波整流单元301对电流信号进行整流和滤波，并通过比较单元302将电流信号与门限保护阈值进行比较，如果接收到的信号超过设定门限保护阈值，立即触发保护信号，并发送给保护执行模块203，保护执行模块203接收到保护信号后，从OC端口输出故障信号，故障信号使锁存器芯片控制脚由高变低，立即切断驱动IGBT的PWM信号，切断PWM信号后IGBT立即关闭，电流也随之迅速下降，如此便可以保护IGBT驱动电路不因过流而损坏。由于保护过程从检测、判断到执行均由硬件电路完成，因此反应非常迅速，一般控制在10～30uS，如此便可以防止出现异常电流后IGBT因长时间导通而损坏。

根据本实用新型实施例的电动车IGBT的保护电路，通过波形整形模块202对电流信号进行整形滤波并将电流信号与保护门限阈值进行比较，输出保护信号，并通过保护执行模块203根据保护信号关闭IGBT的控制信号以关闭IGBT，能够有效地对IGBT的驱动电路进行过流保护，并且可以精确设定保护点。此外，可以通过改变电路内部相关参数来改变保护延迟时间和门限保护阈值，更加灵活。另外，该电路结构简单，成本低，只需要在原有电路基础上增加波形整形模块202和保护执行模块203即可实现过流保护作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电动车IGBT的保护电路，其特征在于，包括：

检测模块，所述检测模块连接在电动车的电机和IGBT之间，所述检测模块检测所述电动车的电机电流以生成检测信号；

波形整形模块，所述波形整形模块与所述检测模块相连，所述波形整形模块接收所述检测信号并对所述检测信号进行整流滤波，以及在整流滤波后的检测信号超过门限保护阈值时触发保护信号；

保护执行模块，所述保护执行模块与所述波形整形模块相连，所述保护执行模块接收所述保护信号并根据所述保护信号关闭所述IGBT的控制信号以关断所述IGBT。

2.如权利要求1所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述波形整形模块进一步包括：

高通滤波整流单元，所述高通滤波整流单元与所述检测模块相连，所述高通滤波整流单元对所述检测信号进行高通滤波和整流；

比较单元，所述比较单元与所述高通滤波整流单元相连，所述比较单元将高通滤波和整流后的检测信号与所述门限保护阈值进行比较。

3.如权利要求2所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述高通滤波整流单元包括：

第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管和所述第三二极管串联连接后与串联连接的所述第二二极管和所述第四二极管并联，所述第三二极管和所述第四二极管的一端分别接地；

第一电容，所述第一电容的一端与串联连接的第一二极管和第三二极管之间的节点相连；

第一电阻，所述第一电阻与串联连接的所述第二二极管和所述第四二极管并联。

4.如权利要求2所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述比较单元包括：

相互串联的第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与电源相连，所述第三电阻的一端接地，通过改变所述相互串联的第二电阻和第三电阻的大小调节所述保护门限阈值；

比较器，所述比较器的正输入端与所述相互串联的第二电阻和第三电阻之间的节点相连，所述比较器的负输入端与所述高通滤波整流单元相连。

5.如权利要求2所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述波形整形模块还包括：

延时单元，所述延时单元连接在所述高通滤波整流单元和所述比较单元之间，所述延时单元调节保护延迟时间。

6.如权利要求1所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述检测模块为电流霍尔传感器。

7.如权利要求1所述的电动车IGBT的保护电路，其特征在于，所述保护执行模块为锁存器。