Igbt开关故障检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，具体是一种IGBT开关故障检测方法及检测系统。
【背景技术】
[0002]IGBT是由GTR和M0SFET组成的复合全控型电压驱动的电力电子器件。它综合GTR和M0SFET的优点，具有通流能力强、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好、驱动功率小、驱动电路简单等优点，它已经成为电力电子变流装置的核心部件。但在电力电子变流装置中如何更好的应用IGBT，使其保持工作稳定、可靠的系统性研究并不多。IGBT因受暂态过程的影响，缺乏有效的保护措施和故障检测方法，导致在实际应用中常出现过压、过流和过热等工程问题，造成电力电子变流装置的应用受到限制。现有的技术大多数通过测量相电流来判别IGBT是否出现故障。
[0003]目前研究IGBT开关故障检测的方法有很多，但无一例外，是从电流的角度来研究，例如申请号为201310681035.1的中国发明专利就公开了一种三相全桥开关电路故障检测方法和装置。该方法涉及一种三相全桥开关电路故障检测方法和装置，需要分别对某相单个桥臂进行检测，首先使开关电路工作于该相一侧桥臂导通、另外两相桥臂关断的状态；然后测量该相电流，根据该相电流值判断IGBT是否出现故障，以及出现何种故障。该方法无需拆开控制器就可以判断IGBT故障，省时省力，提高效率。
[0004]这种方法在IGBT开关故障检测方面较为实用，但同时缺陷也非常明显，其缺陷其涉及到相电流的测量装置一般来说价格是比较昂贵的，在对成本要求较为苛刻的电力电子系统中不具优势，同时其可靠性也有待考量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种IGBT开关故障检测系统及检测方法，以实现对IGBT开关中故障开关管进行准确识别。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种IGBT开关故障检测系统，IGBT开关包括:与母线并联的第一、第二单相半桥IGBT模块；位于母线正、负端分别设置测试点D、测试点G，在第一、第二单相半桥IGBT模块的输出端分别设置测试点M1、测试点M2 ;所述IGBT开关故障检测系统适于采集各测试点的电压值，以判断第一、第二单相半桥IGBT模块中各开关管的工作状态。
[0007]进一步，所述IGBT开关故障检测系统包括:母线降压电路、比较单元，以及与该比较单元相连的处理器模块；其中所述处理器模块适于根据比较单元的四路输出电压分别形成相应脉冲，以判断第一、第二单相半桥IGBT模块中各开关管的工作状态。
[0008]进一步，所述母线降压电路包括:与各测试点分别相连的D路、Ml路、G路及M2路母线电压采样电路和电压跟随器；以及D路电压跟随器和G路电压跟随器的输出端分别连接一分压电阻的两端；所述比较单元中包括:一次比较电路；各路电压跟随器的输出端分别与一次比较电路中相应比较器相连，即在一次比较电路中，第一比较器的反相端连接D路电压跟随器的输出端，其同相端连接Ml路电压跟随器的输出端；第二比较器的反相端连接Ml路电压跟随器的输出端，其同相端连接G路电压跟随器的输出端；第三比较器的反相端连接D路电压跟随器的输出端，其同相端连接M2路电压跟随器的输出端；以及第四比较器的反相端连接M2路电压跟随器的输出端，同相端连接G路电压跟随器的输出端。
[0009]进一步，所述比较单元中还包括:与一次比较电路相连的二次比较电路；
[0010]所述二次比较电路包括:四个二次比较器，各二次比较器的反相端均连接一高电平，及各同相端分别与第一、第二、第三和第四比较器的相应输出端相连；
[0011]各二次比较器的输出端分别连接处理器模块的相应输入端；
[0012]所述第一、第二、第三和第四比较器，以及四个二次比较器的输出端还分别连接有相应上拉电阻。
[0013]进一步，当IGBT开关正常工作时，比较单元的四路输出电压分别形成相应脉冲；即
[0014]在第一、第二单相半桥IGBT模块中开关管V1、开关管V4导通，且开关管V2、开关管V3关断时，
[0015]Ml路电压跟随器的输出电压UM1>D路电压跟随器的输出端电压UD1>G路电压跟随器的输出端电压H2路电压跟随器的输出端电压UM2，则第一、第四输出端输出高电平，第二、第三输出端输出低电平；
[0016]在第一、第二单相半桥IGBT模块中开关管V1、开关管V4关断，且开关管V2、开关管V3导通时，
[0017]M2路电压跟随器的输出电压UM2>D路电压跟随器的输出端电压UD1>G路电压跟随器的输出端电压路电压跟随器的输出端电压UM1;则第一、第四输出端输出低电平，第二、第三输出端输出高电平；
[0018]进而在第一、第二、第三和第四输出端分别形成相应脉冲。
[0019]又一方面，本发明还提供了一种IGBT开关故障检测方法，包括如下步骤:
[0020]步骤S1，在IGBT开关上选取四个测试点；
[0021]步骤S2，根据四个测试点的电压值判断IGBT开关中各开关管的工作状态。
[0022]进一步，IGBT开关包括:与母线并联的第一、第二单相半桥IGBT模块；
[0023]所述四个测试点为:位于母线正、负端分别设置测试点D、测试点G，以及在第一、第二单相半桥IGBT模块的相应输出端分别设置测试点M1、测试点M2。
[0024]进一步，所述步骤S2中根据四个测试点的采样电压判断IGBT开关中各开关管的工作状态的方法包括:通过IGBT开关故障检测系统的四路输入端分别连接各路测试点，以判断第一、第二单相半桥IGBT模块中各开关管的工作状态。
[0025]进一步，所述IGBT开关故障检测系统包括:母线降压电路、比较单元，以及与该比较单元相连的处理器模块；其中所述处理器模块适于根据比较单元的四路输出电压分别形成相应脉冲，以判断第一、第二单相半桥IGBT模块中各开关管的工作状态。
[0026]进一步，所述母线降压电路包括:与各测试点分别相连的D路、Ml路、G路及M2路母线电压采样电路和电压跟随器山路电压跟随器和G路电压跟随器的输出端分别连接一分压电阻的两端；所述比较单元中包括:一次比较电路；各路电压跟随器的输出端分别与一次比较电路中相应比较器相连，即在一次比较电路中，第一比较器的反相端连接D路电压跟随器的输出端，其同相端连接Ml路电压跟随器的输出端；第二比较器的反相端连接Ml路电压跟随器的输出端，其同相端连接G路电压跟随器的输出端；第三比较器的反相端连接D路电压跟随器的输出端，其同相端连接M2路电压跟随器的输出端；以及第四比较器的反相端连接M2路电压跟随器的输出端，同相端连接G路电压跟随器的输出端。
[0027]进一步，所述比较单元中还包括:与一次比较电路相连的二次比较电路；所述二次比较电路包括:四个二次比较器，各二次比较器的反相端均连接一高电平，及各同相端分别与第一、第二、第三和第四比较器的相应输出端相连；
[0028]各二次比较器的输出端分别连接处理器模块的相应输入端。
[0029]进一步，当IGBT开关正常工作时