一种数字化驱动的IGBT电流检测系统及其检测方法与流程

文档序号：11062968阅读：来源：国知局

技术特征：

1.一种数字化驱动的IGBT电流检测系统，其特征在于：包括主控制模块；所述主控制模块包括可编程逻辑模块和控制模块；

所述可编程逻辑模块用于IGBT模块的故障检测、故障保护、多段式驱动逻辑及信息回报；

所述控制模块用于完成IGBT导通电流和IGBT模块结温的检测，并将导通电流和结温检测的计算结果通过高速总线传输给所述可编程逻辑模块。

2.如权利要求1所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测系统，其特征在于：所述可编程逻辑模块包括故障检测模块、保护逻辑模块、驱动逻辑模块、门极驱动阵列模块和传输模块；所述故障检测模块用于完成IGBT模块的故障检测；所述保护逻辑模块对处于故障的所述IGBT模块进行保护；所述驱动逻辑模块用于驱动IGBT模块；所述门级驱动阵列模块实现IGBT的多段式开通关断；所述传输模块用于将所述IGBT模块的导通电流，结温和工作状态反馈至上位控制模块。

3.如权利要求1所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测系统，其特征在于：所述控制模块包括电压检测模块、温度检测模块和电流检测模块；所述电压检测模块用于获取IGBT模块的导通压降Vce信息；所述温度检测模块获取IGBT模块散热片的温度信息；所述电流检测模块用于获取所述温度信息和导通压降Vce信息；计算IGBT模块流过的电流和所述结温并将所述电流和结温传送至所述可编辑模块。

4.如权利要求3所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测系统，其特征在于：所述主控制模块还包括数模转换模块、电压采集模块和温度采集模块，用于将IGBT模块散热片的温度的模拟量以及IGBT模块的导通压降Vce的模拟量转换为数字量信息，将转换结果发送给所述控制模块；所述电压采集模块用于采集所述IGBT模块的导通压降Vce的模拟量；所述温度采集模块用于采集所述IGBT模块散热片的温度的模拟量。

5.如权利要求1所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测系统，其特征在于：所述可编程逻辑模块为现场可编程门阵列FPGA；所述控制模块为微控制器。

6.权利要求1-5任意一项所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测系统的检测方法，其特征在于：包括：

获取IGBT模块散热片的温度T_heatsink模拟量信息；

获取IGBT模块导通压降Vce模拟量信息；

将所述模拟量信息转换为数字量信息；

根据导通压降Vce数字量信息和温度T_heatsink数字量信息检测所述IGBT模块的导通电流和IGBT模块的结温并将所述导通电流和结温检测的计算结果通过高速总线传输给所述可编辑模块。

7.如权利要求6所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测方法，其特征在于：所述导通电流和结温检测的计算过程包括：

将采集到IGBT的散热片温度T_heatsink，叠加一个较小ΔT，作为假设的IGBT结温Tj；利用所述Tj和采集的Vce电压，分别计算出IGBT的导通损耗P_cond和开关损耗P_sw；所述导通损耗P_cond和开关损耗P_sw的求和为当前假设结温下的总损耗P_tot1；利用所述结温Tj和IGBT模块的热阻反求出IGBT总损耗P_tot2；将P_tot1与P_tot2相比较，如果两者数值差距较大，继续增大ΔT，直到P_tot1和P_tot2的计算结果接近，此时的ΔT为所求的IGBT模块芯片到散热片的温差，再结合所述采集的Vce电压，求得IGBT的导通电流。

8.如权利要求7所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测方法，其特征在于：利用所述Tj和采集的Vce电压，分别通过下式计算出IGBT的导通损耗P_cond和开关损耗P_sw：

$<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>d</mi> <mo>×</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>×</mo> <msub> <mi>F</mi> <msub> <mi>I</mi> <mi>c</mi> </msub> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>$

其中，d为IGBT模块的导通占空比，V_ce(sat)为IGBT的饱和电压，为IGBT饱和电压和结温T_j反求出导通电流的函数表示；

Psw＝fswx(Eon+Eoff)＝fswx(F_Eon(Ic,Tj)+F_Eoff(Ic,Tj))

其中，fsw为IGBT开关频率，Eon为IGBT开通损耗，Eoff为IGBT关断损耗，F_Eon(Ic,Tj)为结温Tj、导通电流Ic与Eon的关系曲线，F_Eoff(Ic,Tj)为结温Tj、导通电流Ic和Eoff的关系曲线；

求得当前IGBT总的损耗P_tot1为Pcond与Psw之和。

9.如权利要求8所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测方法，其特征在于：利用IGBT模块散热片温度信息T_heatsink和IGBT模块的热阻，通过下式再次计算出IGBT总的损耗P_tot2：

IGBT的结温Tj计算公式如下：

Tj＝ΔTjc+ΔTch+T_heatsink＝P_tot2(R_th(j-c)IGBT+R_th(c-h)IGBT)+T_heatsink；

其中，ΔTjc为芯片到外壳的温差；ΔTch为外壳到散热片的温差；R_th(j-c)IGBT为IGBT芯片到外壳的热阻；R_th(c-h)IGBT为外壳到散热片的热阻；

假设IGBT的结温为Tj，反求出IGBT总的损耗，计算公式如下：

P_tot2＝(Tj-T_heatsink)/(R_th(j-c)IGBT+R_th(c-h)IGBT)。

10.如权利要求9所述的一种数字化驱动的IGBT电流检测方法，其特征在于：通过对比所述IGBT总的损耗P_tot1和IGBT总的损耗P_tot2计算结果，最终利用不断迭代的方式计算出所述IGBT的导通电流通过下式确定：

$<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>F</mi> <msub> <mi>I</mi> <mi>c</mi> </msub> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>.</mo> </mrow>$

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