一种新型功率器件特性跟踪检测电路的制作方法

本技术属于电力电子，尤其涉及一种新型功率器件特性跟踪检测电路。

背景技术：

1、针对高压大功率的电力电子应用设备及其测试设备，需要快速、准确的动态跟踪电力电子器件的工作状态，从而了解器件在工作时的瞬时情况和状态，根据相应的状态和情况采取相应的控制措施。

2、目前常见的解决方法是通过外置各种传感器，通过传感器对电路或器件状态进行检测，根据检测到的状态和参数，实时获取器件的工况。例如：利用电流传感器检测电流、利用电压传感器检测电压、利用温度传感器检测温度等。

3、上述外置传感器可以良好的跟踪器件的工作状态，但存在如下技术问题：

4、1)传感器的成本高，特别是高频大电流传感器；

5、2)传感器响应时间有限，特别是温度传感器，相应时间要达到毫秒级，普通传感器无法满足要求；

6、3)在高频大电流应用中，其安装空间受限；

7、4)在高压大电流应用中，易受电磁干扰。

8、5)从检测到信号，经控制电路处理，再到发出相应的控制指令，存在一定的延迟时间，无法满足igbt及mosfet等快速快关的技术要求。

9、现有的可自关断电力电子器件，例如：igbt及mosfet等具有快速开关特性及高频率特性等。此外，不同的器件种类具有不同的输出特性，如igbt及mosfet器件还具有导通特性、短路特性和温度特性等，如何利用上述特性参数及其趋势监测器件工作状态是重要的技术趋势，不仅能够快速、准确的了解器件工作状态，避免器件过流、超温等情况的发现，而且能够有效替换现有传感器，具有广泛的技术和市场价值。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本实用新型采用新型电路能够快速、准确获取功率器件工作状态，避免器件过流、超温等情况的发现，能够有效替换现有传感器，具有广泛的技术和市场价值。

2、本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

3、一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，包括温度状态跟踪电路和/或过流状态跟踪电路，其中：

4、所述温度状态跟踪电路实时检测功率器件的瞬时触发电压和瞬时通态电流、并基于功率器件的触发电压和温度曲线关系判断功率器件的当前工作温度是否正常；

5、所述过流状态跟踪电路实时检测功率器件的集电极-发射极电压，过流状态跟踪电路一方面基于功率器件的通态电流和集电极-发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现过流状态；过流状态跟踪电路另一方面基于短路电流和集电极-发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现短路状态；

6、当电路同时包括温度状态跟踪电路和过流状态跟踪电路时，还包括同步触发电路，所述同步触发电路除了实现温度状态跟踪电路和过流状态跟踪电路的同步工作外，还控制器件的正常开关工作。

7、优选的，所述温度状态跟踪电路包括电流比较器、脉冲采集电路、vge信号采集电路、高速信号采样保持电路、vge信号比较电路，其中：

8、所述电流比较器的输入端分别接设定电流信号和反馈电流信号，电流比较器的输出端连接脉冲采集电路的输入端，脉冲采集电路的输出端连接高速信号采样保持电路的采样/保持逻辑控制端；

9、所述vge信号采集电路连接高速信号采样保持电路的输入端；

10、所述vge信号比较电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、与第一或非门电路和采样方式选择开关，所述第一运算放大器的输入端分别连接反馈电流信号和设定值，第一运算放大器的输出端连接采样方式选择开关的第一输入端，采样方式选择开关的第二输入端通过电阻接地，所述第二运算放大器的输入端分别连接高速信号采样保持电路的输出端和设定值；所述第一或非门电路的输入端分别连接采样方式选择开关的输出端和第二运算放大器的输出端，第一或非门电路的输出端输出温度保护信号。

11、优选的，还包括vge-t变换电路，所述vge-t变换电路的输入端连接高速信号采样保持电路的输出端，vge-t变换电路的输出端输出温度显示信号。

12、优选的，所述过流状态跟踪电路包括vce信号采集电路、过流保护vce设定电路、短路过流vce设定电路、vce信号比较电路、第二或非门电路，其中：

13、所述vce信号比较电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的输入端分别接vce信号采集电路和过流保护vce设定电路，第四运算放大器的输入端分别接vce信号采集电路和短路过流保护vce设定电路；

14、所述第二或非门电路的输入端分别连接第三运算放大器和第四运算放大器的输入端，第二或非门电路的输出端输出过流保护信号。

15、优选的，所述vce信号采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一稳压二极管，所述第一电阻和第二电阻串联在vce信号和第三运算放大器的输入端之间，第三电阻和第一稳压二极管并联在第三运算放大器的输入端与地之间；

16、所述过流保护vce设定电路包括第一滑动分压电阻；

17、所述短路过流vce设定电路包括第二滑动分压电阻。

18、优选的，还包括第三或非门电路，所述第三或非门电路的输入端分别连接第一或非门电路的输出端和第二或非门电路的输出端，第三或非门电路的输出端输出温度与过流综合保护信号。

19、优选的，所述同步触发电路包括触发整形电路、第一单稳延时器、窗口触发脉冲器、第二单稳延时器、窗口采样信号开关电路和窗口比较信号电路，其中：

20、同步触发信号分为两路，一路同步触发信号依次通过触发整形电路、第一单稳延时器、窗口触发脉冲器传递至vge信号比较电路；另一路同步触发信号依次通过第二单稳延时器、窗口采样信号开关电路和窗口比较信号电路传递至vce信号比较电路。

21、实用新型的一种新型功率器件特性跟踪检测电路具有以下有益效果：

22、该跟踪检测电路通过对器件在工作时的特性跟踪，可了解器件所处的工作状态，从而可采取快速的保护措施和控制手段，使装置和设备工作在要求的工作状态。当器件发生过流、短路时可达到快速响应，发出关断信号使过流或发生短路的器件退出过流或短路状态。根据温度特性，可及时的发现器件是否超温等。其中，温度状态跟踪电路实时检测功率器件的触发电压和通态电流、并基于功率器件的触发电压和温度曲线关系判断功率器件的当前工作温度是否正常；过流状态跟踪电路实时检测功率器件的集电极-发射极电压，过流状态跟踪电路一方面基于功率器件的通态电流和集电极-发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现过流状态；过流状态跟踪电路另一方面基于短路电流和集电极-发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现短路状态。与现有技术相比，本实用新型能够快速、准确获取功率器件工作状态，避免器件过流、超温等情况的发生，能够有效替换现有传感器，具有广泛的技术和市场价值。

技术特征：

1.一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，包括温度状态跟踪电路和/或过流状态跟踪电路，其中：

2.根据权利要求1所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，所述温度状态跟踪电路包括电流比较器(u4)、脉冲采集电路(u5)、vge信号采集电路、高速信号采样保持电路(u7)、vge信号比较电路，其中：

3.根据权利要求2所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，还包括vge-t变换电路(u11)，所述vge-t变换电路(u11)的输入端连接高速信号采样保持电路(u7)的输出端，vge-t变换电路(u11)的输出端输出温度显示信号。

4.根据权利要求1所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，所述过流状态跟踪电路包括vce信号采集电路、过流保护vce设定电路、短路过流vce设定电路、vce信号比较电路、第二或非门电路(u20)，其中：

5.根据权利要求4所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，所述vce信号采集电路包括第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)和第一稳压二极管(z1)，所述第一电阻(r1)和第二电阻(r2)串联在vce信号和第三运算放大器(u18)的输入端之间，第三电阻(r3)和第一稳压二极管(z1)并联在第三运算放大器(u18)的输入端与地之间；

6.根据权利要求1所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，还包括第三或非门电路(u17)，所述第三或非门电路(u17)的输入端分别连接第一或非门电路(u10)的输出端和第二或非门电路(u20)的输出端，第三或非门电路(u17)的输出端输出温度与过流综合保护信号。

7.根据权利要求1所述的一种新型功率器件特性跟踪检测电路，其特征在于，所述同步触发电路包括触发整形电路(u1)、第一单稳延时器(u2)、窗口触发脉冲器(u3)、第二单稳延时器(u12)、窗口采样信号开关电路(u13)和窗口比较信号电路(u14)，其中：

技术总结
本技术公开了一种新型功率器件特性跟踪检测电路，属于电力电子技术领域，该跟踪检测电路中温度状态跟踪电路实时检测功率器件的触发电压和通态电流、并基于功率器件的触发电压和温度曲线关系判断功率器件的当前工作温度是否正常；过流状态跟踪电路实时检测功率器件的集电极‑发射极电压，过流状态跟踪电路一方面基于功率器件的通态电流和集电极‑发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现过流状态；过流状态跟踪电路另一方面基于短路电流和栅极‑发射极电压曲线关系判断功率器件是否出现短路状态。与现有技术相比，本技术能够快速、准确获取功率器件工作状态，避免器件过流、超温等情况的发现，能够有效替换现有传感器，具有广泛的技术和市场价值。

技术研发人员：季凌云
受保护的技术使用者：西安精华伟业电气科技有限公司
技术研发日：20221202
技术公布日：2024/1/12