Igbt開關(guān)故障檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體是一種IGBT開關(guān)故障檢測方法及檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]IGBT是由GTR和M0SFET組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動的電力電子器件。它綜合GTR和M0SFET的優(yōu)點(diǎn)，具有通流能力強(qiáng)、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、驅(qū)動功率小、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)成為電力電子變流裝置的核心部件。但在電力電子變流裝置中如何更好的應(yīng)用IGBT，使其保持工作穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)性研究并不多。IGBT因受暫態(tài)過程的影響，缺乏有效的保護(hù)措施和故障檢測方法，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)過壓、過流和過熱等工程問題，造成電力電子變流裝置的應(yīng)用受到限制?，F(xiàn)有的技術(shù)大多數(shù)通過測量相電流來判別IGBT是否出現(xiàn)故障。
[0003]目前研究IGBT開關(guān)故障檢測的方法有很多，但無一例外，是從電流的角度來研究，例如申請?zhí)枮?01310681035.1的中國發(fā)明專利就公開了一種三相全橋開關(guān)電路故障檢測方法和裝置。該方法涉及一種三相全橋開關(guān)電路故障檢測方法和裝置，需要分別對某相單個橋臂進(jìn)行檢測，首先使開關(guān)電路工作于該相一側(cè)橋臂導(dǎo)通、另外兩相橋臂關(guān)斷的狀態(tài)；然后測量該相電流，根據(jù)該相電流值判斷IGBT是否出現(xiàn)故障，以及出現(xiàn)何種故障。該方法無需拆開控制器就可以判斷IGBT故障，省時省力，提高效率。
[0004]這種方法在IGBT開關(guān)故障檢測方面較為實(shí)用，但同時缺陷也非常明顯，其缺陷其涉及到相電流的測量裝置一般來說價格是比較昂貴的，在對成本要求較為苛刻的電力電子系統(tǒng)中不具優(yōu)勢，同時其可靠性也有待考量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)及檢測方法，以實(shí)現(xiàn)對IGBT開關(guān)中故障開關(guān)管進(jìn)行準(zhǔn)確識別。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)，IGBT開關(guān)包括:與母線并聯(lián)的第一、第二單相半橋IGBT模塊；位于母線正、負(fù)端分別設(shè)置測試點(diǎn)D、測試點(diǎn)G，在第一、第二單相半橋IGBT模塊的輸出端分別設(shè)置測試點(diǎn)M1、測試點(diǎn)M2 ;所述IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)適于采集各測試點(diǎn)的電壓值，以判斷第一、第二單相半橋IGBT模塊中各開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0007]進(jìn)一步，所述IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)包括:母線降壓電路、比較單元，以及與該比較單元相連的處理器模塊；其中所述處理器模塊適于根據(jù)比較單元的四路輸出電壓分別形成相應(yīng)脈沖，以判斷第一、第二單相半橋IGBT模塊中各開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0008]進(jìn)一步，所述母線降壓電路包括:與各測試點(diǎn)分別相連的D路、Ml路、G路及M2路母線電壓采樣電路和電壓跟隨器；以及D路電壓跟隨器和G路電壓跟隨器的輸出端分別連接一分壓電阻的兩端；所述比較單元中包括:一次比較電路；各路電壓跟隨器的輸出端分別與一次比較電路中相應(yīng)比較器相連，即在一次比較電路中，第一比較器的反相端連接D路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接Ml路電壓跟隨器的輸出端；第二比較器的反相端連接Ml路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接G路電壓跟隨器的輸出端；第三比較器的反相端連接D路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接M2路電壓跟隨器的輸出端；以及第四比較器的反相端連接M2路電壓跟隨器的輸出端，同相端連接G路電壓跟隨器的輸出端。
[0009]進(jìn)一步，所述比較單元中還包括:與一次比較電路相連的二次比較電路；
[0010]所述二次比較電路包括:四個二次比較器，各二次比較器的反相端均連接一高電平，及各同相端分別與第一、第二、第三和第四比較器的相應(yīng)輸出端相連；
[0011]各二次比較器的輸出端分別連接處理器模塊的相應(yīng)輸入端；
[0012]所述第一、第二、第三和第四比較器，以及四個二次比較器的輸出端還分別連接有相應(yīng)上拉電阻。
[0013]進(jìn)一步，當(dāng)IGBT開關(guān)正常工作時，比較單元的四路輸出電壓分別形成相應(yīng)脈沖；即
[0014]在第一、第二單相半橋IGBT模塊中開關(guān)管V1、開關(guān)管V4導(dǎo)通，且開關(guān)管V2、開關(guān)管V3關(guān)斷時，
[0015]Ml路電壓跟隨器的輸出電壓UM1>D路電壓跟隨器的輸出端電壓UD1>G路電壓跟隨器的輸出端電壓H2路電壓跟隨器的輸出端電壓UM2，則第一、第四輸出端輸出高電平，第二、第三輸出端輸出低電平；
[0016]在第一、第二單相半橋IGBT模塊中開關(guān)管V1、開關(guān)管V4關(guān)斷，且開關(guān)管V2、開關(guān)管V3導(dǎo)通時，
[0017]M2路電壓跟隨器的輸出電壓UM2>D路電壓跟隨器的輸出端電壓UD1>G路電壓跟隨器的輸出端電壓路電壓跟隨器的輸出端電壓UM1;則第一、第四輸出端輸出低電平，第二、第三輸出端輸出高電平；
[0018]進(jìn)而在第一、第二、第三和第四輸出端分別形成相應(yīng)脈沖。
[0019]又一方面，本發(fā)明還提供了一種IGBT開關(guān)故障檢測方法，包括如下步驟:
[0020]步驟S1，在IGBT開關(guān)上選取四個測試點(diǎn)；
[0021]步驟S2，根據(jù)四個測試點(diǎn)的電壓值判斷IGBT開關(guān)中各開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0022]進(jìn)一步，IGBT開關(guān)包括:與母線并聯(lián)的第一、第二單相半橋IGBT模塊；
[0023]所述四個測試點(diǎn)為:位于母線正、負(fù)端分別設(shè)置測試點(diǎn)D、測試點(diǎn)G，以及在第一、第二單相半橋IGBT模塊的相應(yīng)輸出端分別設(shè)置測試點(diǎn)M1、測試點(diǎn)M2。
[0024]進(jìn)一步，所述步驟S2中根據(jù)四個測試點(diǎn)的采樣電壓判斷IGBT開關(guān)中各開關(guān)管的工作狀態(tài)的方法包括:通過IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)的四路輸入端分別連接各路測試點(diǎn)，以判斷第一、第二單相半橋IGBT模塊中各開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0025]進(jìn)一步，所述IGBT開關(guān)故障檢測系統(tǒng)包括:母線降壓電路、比較單元，以及與該比較單元相連的處理器模塊；其中所述處理器模塊適于根據(jù)比較單元的四路輸出電壓分別形成相應(yīng)脈沖，以判斷第一、第二單相半橋IGBT模塊中各開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0026]進(jìn)一步，所述母線降壓電路包括:與各測試點(diǎn)分別相連的D路、Ml路、G路及M2路母線電壓采樣電路和電壓跟隨器山路電壓跟隨器和G路電壓跟隨器的輸出端分別連接一分壓電阻的兩端；所述比較單元中包括:一次比較電路；各路電壓跟隨器的輸出端分別與一次比較電路中相應(yīng)比較器相連，即在一次比較電路中，第一比較器的反相端連接D路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接Ml路電壓跟隨器的輸出端；第二比較器的反相端連接Ml路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接G路電壓跟隨器的輸出端；第三比較器的反相端連接D路電壓跟隨器的輸出端，其同相端連接M2路電壓跟隨器的輸出端；以及第四比較器的反相端連接M2路電壓跟隨器的輸出端，同相端連接G路電壓跟隨器的輸出端。
[0027]進(jìn)一步，所述比較單元中還包括:與一次比較電路相連的二次比較電路；所述二次比較電路包括:四個二次比較器，各二次比較器的反相端均連接一高電平，及各同相端分別與第一、第二、第三和第四比較器的相應(yīng)輸出端相連；
[0028]各二次比較器的輸出端分別連接處理器模塊的相應(yīng)輸入端。
[0029]進(jìn)一步，當(dāng)IGBT開關(guān)正常工作時