一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路及方法与流程

本发明涉及测量检测
技术领域：
，具体涉及一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路及方法。
背景技术：
：IGBT模块饱和压降Vcesat：在预定栅极电压驱动下，IGBT模块工作于饱和区，IGBT模块集电极C与发射极E之间的电压差；不同的栅极电压对应不同的饱和压降。饱和压降是衡量IGBT模块是否过流的重要指标，在栅极驱动电压存在的情况下，IGBT模块发生过流时，CE间压降明显上升，同时功耗提高，结温上升，进而容易引起IGBT过热损坏。一般地，CE间压降大于饱和压降的时间超过10us左右，就会引起IGBT模块损坏。一般情况下，IGBT模块两端的工作直流母线电压在较高的几百伏左右，甚至于几千伏，而IGBT模块的饱和压降仅为几伏左右，目前有些低导通饱和压降仅为一到两伏，进而导致IGBT模块两端的直流母线电压与饱和压降之间相距较大，显示单元不能同时准确地显示直流母线电压和饱和压降，另一方面，显示单元的显示面积有限，为了能够精确显示饱和压降，常常需要提高电压灵敏度(因饱和压降相对较小)，但由于显示单元内部的增幅器饱和等影响，提高电压显示灵敏度会导致母线电压波形失真，会显示正相削波，如图1所示。现有技术中，通常采用如图2所示的检测电路。但是检测电路在测试芯片饱和压降时，其工作电流往往到达几十安培、甚至几百安培，超大功率IGBT模块甚至可能达到上千安培。工作电流(也可称为集电极电流)越大，造成实际测量时的误差值较大。进而其检测电路中的电压表显示的电压值并非IGBT模块实际的饱和压降。集电极与发射极之间的饱和压降检测的准确度相对较低。技术实现要素：本发明提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路及方法，旨在提高IGBT模块饱和压降的准确度。一方面，本发明提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，包括恒流源，所述恒流源的一端连接所述IGBT模块的集电极，另一端连接所述IGBT模块的发射极；第一控制电路，所述第一控制电路的一端连接所述IGBT模块的栅极，另一端连接所述IGBT模块的发射极；电压检测装置，一端连接所述IGBT模块的集电极，另一端连接所述IGBT模块的发射极,其中连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，所述恒流源为电流可调节恒流源。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，所述第一控制电路用以形成一控制所述IGBT模块导通或关断的第一控制信号。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，还包括一第二控制电路，所述第二控制电路包括第一控制电阻、第二控制电阻、比较电路；所述比较电路的正向端连接所述第一控制电路，反向端连接所述第一控制电阻与第二控制电阻的连接点，输出端连接所述IGBT模块的栅极。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中：所述第一控制电阻连接于所述IGBT模块的集电极与所述连接点之间；所述第二控制电阻连接于所述IGBT模块的发射极与所述连接点之间。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，所述第二控制电阻的阻值十倍于所述第一控制电阻的阻值。另一方面，本发明再提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，包括，于所述IGBT模块的发射极、集电极之间连接一恒流信号；所述IGBT模块的栅极于第一控制信号作用下以使所述IGBT模块工作于饱和状态；获取所述发射极、集电极之间的电压信号，并根据所述电压信号形成一饱和压降信号输出。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，还包括，于所述IGBT模块的集电极、发射极之间的电压大于预定电压的状态，控制所述IGBT模块于第二控制信号的作用下关断。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，所述第一控制信号为PWM信号或锯齿波信号。优选地，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，所述恒流源为电流可调节恒流源。与现有技术相比：本发明中，恒流信号通过IGBT模块集电极引脚的等效电阻R1、发射极引脚的等效电阻R2、焊线阻抗的等效电阻R2、IGBT模块形成一个电流回路，同时电压检测装置与IGBT模块形成一电压回路，因连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率，此时电压回路中的电流几乎为零，则电压检测装置读取的电压信号中不包括IGBT模块集电极引脚的等效电阻R1、发射极引脚的等效电阻R2、焊线阻抗的等效电阻R2产生的压降，则通过电压检测装置的电压信号即为饱和压降信号，大大提高了集电极与发射极之间的饱和压降的检测准确性。附图说明图1为现有技术中IGBT模块饱和压降电路失真图；图2是现有技术中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构等效示意图；图3是现有技术中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构实际等效示意图；图4是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构等效示意图；图5是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构等效示意图；图6是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构一种实施方式的检测波形图；图7是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构一种实施方式的检测波形图；图8是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量电路结构一种实施方式的检测波形图；图9是本发明实施例中一种IGBT模块的饱和电压测量方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。现有技术中，其实际等效电路路如图3所示，在IGBT模块处于饱和导通的状态下，R1为IGBT模块集电极C引脚的等效电阻，R3为IGBT模块发射极E引脚的等效电阻，R2为IGBT模块封装工艺中，铜线或者铝线工艺键合引起的焊线阻抗的等效电阻，电压表的检测电压为：V＝VCC-ic*R；ic＝VCC/(R+R1+R2+R3+RCE)；其中，R1为IGBT模块集电极C引脚的等效电阻；R2为焊线阻抗等效电阻；R3为IGBT模块发射极E的引脚等效电阻；RCE为IGBT模块的集电极C与发射极E之间的等效电阻；当IGBT模块处于饱和导通状态下，RCE接近于零；VCC为电源的输出电压；ic为集电极电流；而，实际集电极C与发射极E之间的饱和压降Vcesat：Vcesat＝Vcc-ic*(R+R1+R2+R3)；综上所述，集电极C与发射极E之间的饱和压降Vcesat与电压表的检测电压之间存在ic*(R1+R2+R3)的误差；且该误差随着集电极电流ic的增大而不断提高。基于此，本发明提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路及方法，旨在提高IGBT模块饱和压降的准确度。实施例一如图4所示，一方面，本发明提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，包括恒流源I，所述恒流源I的一端连接所述IGBT模块的集电极C，另一端连接所述IGBT模块的发射极E；恒流源I用以提供恒定的电流信号i。第一控制电路Vo，所述第一控制电路的一端连接所述IGBT模块的栅极G，另一端连接所述IGBT模块的发射极E；所述第一控制电路用以形成第一控制信号Vo，所述第一控制信号Vo可为PWM控制信号或锯齿波信号。电压检测装置，一端连接所述IGBT模块的集电极C，另一端连接所述IGBT模块的发射极E，其中连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率，例如连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率十倍于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率。本发明中，第一控制电路输出第一控制信号Vo，IGBT模块的栅极G连接一第一控制信号Vo(第一控制信号V0相当于开启电压)，当开启电压大于IGBT模块的门限电压时，IGBT模块内部的场效应管Q1导通，则此时IGBT模块处于导通状态，开启电压继续驱动IGBT模块进入饱和导通状态，电流信号i经IGBT模块集电极C引脚的等效电阻R1流入IGBT模块，因IGBT模块处于饱和导通，恒流源I输出一电流信号i，电流信号i通过IGBT模块集电极C引脚的等效电阻R1、发射极E引脚的等效电阻R3、焊线阻抗的等效电阻R2、IGBT模块形成一个电流回路，同时电压检测装置与IGBT模块形成一电压回路，因连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率，此时电压回路中的电流几乎为零，因连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率，此时电压回路中的电流几乎为零，则通过电压检测装置的电压信号即为饱和压降信号IGBT模块集电极C引脚的等效电阻R1、发射极E引脚的等效电阻R3、焊线阻抗的等效电阻R2无法产生压降，则通过电压检测装置的电压信号即为饱和压降信号。因电流信号i通过IGBT模块集电极C引脚的等效电阻R1、发射极E引脚的等效电阻R3、焊线阻抗的等效电阻R2、IGBT模块形成一个电流回路，同时电压检测装置与IGBT形成一电压回路，因连接于所述电压检测装置与所述集电极C、所述发射极E之间连接线的电阻率远远大于所述恒流源I与所述集电极C、发射极E之间的连接线的电阻率，此时电压回路中的电流几乎为零，则通过电压检测装置的电压信号即为饱和压降信号IGBT模块集电极C引脚的等效电阻R1、发射极E引脚的等效电阻R3、焊线阻抗的等效电阻R2无法产生压降，则通过电压检测装置的电压信号即为饱和压降信号，大大提高了集电极C与发射极E之间的饱和压降检测的准确性。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，所述恒流源I的电流可调节恒流源I。同时第一控制信号V0也可为可调节电压。实施例二因实施例一中，恒流源I为一可调节电流信号i，但是在电流信号i超过IGBT模块的额定电流时，IGBT模块工作于过流状态，此时集电极C与发射极E之间电压急剧上升，IGBT模块持续工作于过流状态的时间超过10us，则IGBT模块就会发生不可逆损坏。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路基础之上，其中，还包括一第二控制电路，所述第二控制电路包括第一控制电阻RG1、第二控制电阻RG2、比较电路；所述比较电路的正向端连接所述第一控制电路V0，反向端连接所述第一控制电阻RG1与第二控制电阻RG2的连接点，输出端连接所述IGBT模块的栅极G。进一步地，所述第一控制电阻RG1连接于所述IGBT模块的栅极G与集电极C之间；所述第二控制电阻RG2连接于所述IGBT模块的栅极G与发射极E之间。当Vce两端的电压急剧上升至预定电压(预定电压匹配Vcesat的最大饱和压降)时，第二控制电阻RG2上的电压上升，此时比较电路的反向端的电压大于正向端的电压，那么此时比较电路输出低电平，栅极G于低电平的作用下控制IGBT模块关断，避免IGBT模块被击穿。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其中，所述第二控制电阻RG2的阻值十倍于所述第一控制电阻RG1的阻值。当所述第二控制电阻RG2的阻值十倍于所述第一控制电阻RG1的阻值，第一控制电阻RG1是加载的电压相对较小(间接地，第二控制电阻RG2分的压降相对较大)，接近于零电平状态，第一控制电阻RG1的压降越小，则IGBT模块的关断速度越快，进一步避免IGBT模块被击穿。需要说明的是，还包括一放大电路，此处不做具体介绍。列举一具体实施方式：其中第一控制信号电压为15V时根据该测试方法，得出的测试数据如下表1所示，具体地，栅极电压(V)集电极电流(A)Vce1(mV)Vce2(mV)误差(mV)151.063832.2821.211152.033930.9908.722.2153.043996.8964.232.6154.0481050.71008.742155.0061098.3104751.3表1检测波形如图6所示，当IGBT模块的集电极C电流Ic为1A时，采用如图3所示的检测电路，其Vce1的饱和压降为832.2mV；采用如图4所示的检测电路(即本发明提供的技术方案)，其Vce2的饱和压降为821.2mV；测试误差为11mV；当集电极C电流Ic为2A时，采用如图3所示的检测电路，其Vce1的饱和压降为930.9mV；采用如图4所示的检测电路，其Vce2的饱和压降为908.7mV；测试误差为22.2mV；检测波形如图7所示，当集电极C电流Ic为3A时，采用如图3所示的检测电路，其Vce1的饱和压降为996.8mV；采用如图4所示的检测电路，其Vce2的饱和压降为964.2mV；测试误差为32.6mV；当集电极C电流Ic为4A时,采用如图3所示的检测电路，其Vce1的饱和压降为1050.7mV；采用如图4所示的检测电路，其Vce2的饱和压降为1008.7mV；测试误差为42mV；检测波形如图8所示，当集电极C电流Ic为5A时,采用如图3所示的检测电路，其Vce1的饱和压降为1098.3mV；采用如图4所示的检测电路，其Vce2的饱和压降为1047mV；测试误差为51.3mV。综上所述，采用本发明提供的一种基于IGBT模块的饱和电压测量电路，其误差相对较小。实施例三如图9所示，另一方面，本发明再提供一种基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，步骤S01、于所述IGBT模块的发射极E、集电极C之间连接一电流信号；步骤S02、所述IGBT模块的栅极G于第一控制信号作用下处于饱和状态；步骤S03、检测获取所述发射极E、集电极C之间的电压信号，并根据所述电压信号形成一饱和压降信号输出。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，还包括，于所述IGBT模块的集电极、发射极之间的电压大于预定电压的状态，控制所述IGBT模块于第二控制信号的作用下关断。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，所述控制信号为PWM信号或锯齿波。作为进一步优选实施方案，上述的基于IGBT模块的饱和电压测量方法，其中，所述恒流源为电流可调节恒流源。上述方法可执行本发明任意实施例所提供的电路，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。故此处对心率检测系统的工作原理不再赘述。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页1 2 3