用于igbt电路的不平衡电流检测装置、驱动器及控制igbt电路的方法
【专利说明】用于IGBT电路的不平衡电流检测装置、驱动器及控制IGBT
电路的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于IGBT电路的不平衡电流检测装置、一种驱动器以及控制IGBT电路的电流输出的方法，并尤其涉及电动车领域。IGBT在本领域通常指InsulatedGate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极型晶体管。用于驱动负载的带有IGBT的电路被称为IGBT电路。
【背景技术】
[0002]为了驱动大的负载，例如电机、UPS等，通常会使用并联有多个IGBT模块的IGBT电路。为了获得更好的性能，各IGBT的驱动电路应使各个并联的IGBT模块能够同时工作，尤其是使得IGBT的开关能够同时发生。如果IGBT开关不同时，或者说IGBT模块无法精确地同时工作，则会造成各个IGBT模块输出的电流存在时间差，也被称为电流的动态不平衡。这种动态不平衡会影响IGBT电路的性能，甚至使用寿命。若能够监控并联的IGBT模块的输出电流之间的不平衡(差异)，通过调整单个IGBT模块的输出启动时间和驱动电流的大小，则可以同步驱动并联的IGBT模块。然而，由于IGBT的开关时间非常短(小于lys)，因此很难检测到IGBT模块的输出电流的不平衡。通常，探测不平衡电流的方式是采用霍尔效应传感器或分流电阻来测量电流。霍尔效应传感器的带宽较低，反应时间较长，难以应用在IGBT模块上测量IGBT极短的开关时间。而分流电阻若用于大电流输出时，则最终尺寸或过大且昂贵。因此，若要解决各个IGBT模块输出电流的动态不平衡问题，则需要一种能够反应迅速、尺寸小、能够测得非常短的时间内电流动态不平衡的测量装置。
【发明内容】
[0003]本发明旨在能够解决上述一项或多项问题。
[0004]本发明一方面提供了一种用于IGBT电路的不平衡电流检测装置，该IGBT电路包括并联的至少两个IGBT模块，其中该电流检测装置包括:并联的两条母排，其相互间隔且平行地布置在一第一平面中，并且能够分别连接于任意两个IGBT模块各自的输出端；一线圈绕组，以及一不平衡比较模块，其中所述线圈绕组的两个端点连接在所述不平衡比较模块的输入端，该不平衡比较模块根据所述线圈绕组的感应电势信号判断任意两个IGBT模块的开关先后顺序以及时间差(即IGBT模块的输出启动时间)。通过调整单个IGBT模块的输出启动时间和驱动电流的大小，则可以同步驱动并联的IGBT模块。
[0005]由于采用了线圈绕组，其由流经两条母排的两个IGBT模块输出电流所产生的磁通量变化所激发的电势信号能够被用于精确、快速的反应两个IGBT模块输出的电流不平衡。线圈绕组可以被设计为不同的大小因此能够灵活地适应安装需求以及对所测电流大小的需求。而且，依据本发明的检测装置具有非常短的反应时间，能够用于开关时间极短的IGBT电路。此外，此检测装置成本低并节省安装空间。
[0006]根据本发明的一种有利的实施方式，线圈绕组在第一平面中或平行于第一平面布置。通过这种布置，能够简化对电势信号的计算和判断。
[0007]根据本发明的一种有利的实施方式，线圈绕组的横截面为中心对称图形。同样地，这样设计线圈绕组能使在两条母排上的电流相同时，通过线圈绕组横截面的磁通量能够尽可能的抵消，进而简化计算和判断。
[0008]基于进一步简化的思路，根据本发明的一种更为有利的实施方式，线圈绕组的对称中心被设置一第二平面上，该第二平面垂直于所述第一平面且包括在所述第一平面上距离所述两条母排等距的中线。由此，当两条母排上的电流相同时，通过线圈绕组横截面的磁通量为O。进而可以简化计算和电势方向的判断。
[0009]根据本发明的一种有利的实施方式，线圈绕组被设置在一 PCB板中。这样可以节省空间，并且利于装配。
[0010]根据本发明的一种有利的实施方式，PCB板平行于或垂直于所述第一平面设置。具体的设置方案可以根据安装空间的条件进行选择。当PCB板平行于所述第一平面设置时可以减少线圈绕组的匝数；而当PCB板垂直所述第一平面设置时，则可以将增加线圈绕组的匝数并将线圈绕组的横截面缩小。
[0011]根据本发明的一种有利的实施方式，不平衡比较模块包括一前置滤波放大电路、一滤波放大电路以及一比较电路。通过两级滤波和放大能够尽可能去除杂音，放大电势信号用于精确地判断。
[0012]根据本发明的一种有利的实施方式，比较电路根据经所述前置滤波放大电路和滤波放大电路处理的所述线圈绕圈产生的感应电势信号判断任意两个IGBT模块的开关先后顺序以及时间差并向相应地IGBT模块的IGBT驱动电路输出控制信号。
[0013]本发明的另一方面提供了一种驱动器，其包括一 IGBT电路，其包括并联的至少两个IGBT模块；一 IGBT驱动电路，其对所述IGBT模块进行控制；以及根据上述实施方式中任意一项所述的不平衡电流检测装置。
[0014]本发明的又一方面还提供了一种控制IGBT电路的方法，其中，该IGBT电路包括并联的至少两个IGBT模块，所述方法包括:
[0015]通过上述各项实施方式中所述的不平衡电流检测装置检测并判断任意两个IGBT模块的开关先后顺序以及时间差；
[0016]由所述电流检测装置向相应地IGBT模块的IGBT驱动电路输出控制信号；
[0017]通过所述控制信号控制相应的IGBT模块的驱动电路，调整单个IGBT模块的输出启动时间和驱动电流的大小。通过调整单个IGBT模块的输出启动时间和驱动电流的大小，则可以同步驱动并联的IGBT模块。
【附图说明】
[0018]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0019]图1示意性地示出了 IGBT电路；
[0020]图2示意性地示出了依据本发明的一种实施方式的不平衡电流检测装置；
[0021]图3以俯视图示出了依据本发明的一种实施方式的不平衡电流检测装置；
[0022]图4示意性地示出了依据本发明的一种实施方式的不平衡电流检测装置；。
[0023]图5示例性地示出了依据本发明的IGBT模块之间的电流不平衡以及线圈绕组电势信号；
[0024]图6示意性地示出了依据本发明的一种实施方式的不平衡比较模块50。
[0025]附图标记列表
[0026]10 ；20IGBT 模块
[0027]12 ； 14IGBT
[0028]13 ；23节点
[0029]22 ；24IGBT
[0030]42 ；44母排
[0031]45; 45’线圈绕组
[0032]50不平衡比较模块
[0033]52前置预滤波放大电路
[0034]54滤波放大电路
[0035]56比较电路
【具体实施方式】
[0036]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0037]图1示出了一种IGBT电路100，其可以是例如驱动器中的IGBT电路，用于以大电流驱动大的负载，例如电动车的电机或者UPS或者电感。如图1所示,为了获得较大的输出电流，通常会根据实际驱动的负载大小并联多个IGBT模块。图1仅示例性地示出了设有两个并联的IGBT模块10 ；20的IGBT电路100，其中每个IGBT模块10 ；20又包括两个串联的IGBT0在此所述两个IGBT 12，14 ；22 ；24之间的节点13 ;23(即两个IGBT的发射极与集电极的连接点)为该IGBT模块10 ；20的输出端13 ;23。IGBT电路100的输出电流通过连接于输出端13 ；23的母排42 ；44被输出到负载。如果各个IGBT由于制造等原因造成开关无法严格的同时进行，则会造成各个IGBT模块输出的电流之间的不平衡。这种不平衡主要体现为电流随时间变化的曲线在时间上有滞后，其会影响IGBT电路的性能。若能够监控并联的IGBT模块10 ；20的输出电流之间的不平衡(差异)，则可同时驱动并联的IGBT模块10 ；20。在此，虽然仅以并联两个IGBT模块为例，本领域技术人员可以在本发明的启发下容易地将本发明的方案用于多个IGBT模块的情况。
[0038]图2示出了依据本发明的一种实施方式的不平衡电流检测装置40。该检测装置40包括并联的两条母排42 ;44，其相互间隔并且平行地布置在同一平面中，在此即为第一平面I。两条母排42 ；44分别连接于两个IGBT模块10 ；20各自的输出端13 ;23。若设有多个IGBT模块，则可以相应地设有多对母排。此外，在图1中还可以看到设有一线圈绕组45，其中该线圈绕组45布置在所述第一平面I中或者设置在平行于所述第一平面I的平面中。根据法拉第电磁感应定律，若线圈绕组45中的磁通量产生变化，就会在该线圈绕组45中产生相应地电动势。如果IGBT模块10 ；20总是同时开关，即不存在动态的电流不平衡的话，线圈绕组45中的磁通量不会出现变化，因为不会产生感应电势。因此，只要监控线圈绕组45的电势(大小和方向)时间变化曲线，便可以精确地判断出两个母排42 ;44之间的开关顺序和时间差，进而利用所获得的数据控制IGBT驱动电路，来调整IGBT模块的开关时间，使输出电流平衡。
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