专利名称：一种igbt故障检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种故障检测电路，尤其是涉及一种IGBT故障检测电路。
背景技术：
绝缘栅双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor—IGBT)是由功率MOSFET和GTR复合而成的功率器件，因具有高电压、大电流、易于驱动、工作频率广等特性而被广泛使用在各种脉冲功率设备中:如雷达发射机、高压脉冲电场杀菌设备等。随着IGBT电压、电流、频率等级的不断提升，IGBT的价格也越来越高。IGBT本身是一种耐过压、耐过流能力较差的器件，在使用过程中，往往会因及极短时间的过流、过压造成损坏。另一方面，目前对IGBT串联技术的研究越来越广泛，但主要集中在:
①各串联IGBT在开通和关断期间的动态均压；@ IGBT驱动电路的传输时间监控。这两
种研究的主要目的在于最大限度地确保IGBT串联电路中各IGBT都能正常工作。但是任何一个电路系统经过长时间的运行后，都有可能因个别元器件出现故障而导致系统无法正常工作。特别是对于元器件数量庞大，且又要在高电压、大电流下工作的IGBT串联电路，出现元器件故障的几率相比与低压系统更高。在IGBT串联电路中，一个IGBT损坏，会增加其他IGBT所承受的电压，进而增加其他IGBT损坏的几率；情况严重时，会破坏整个IGBT串联电路的控制系统，从而造成更大的系统损失和安全事故。可见，研究可靠的、快速响应的IGBT故障检测电路对IGBT多级串联电路具有非常重要的作用。IGBT出现故障通常有三种情况:损坏、过流、过压。IGBT本身具有一个很小的通态电阻(0.03、.06 Ω )，即当IGBT处于开通状态时，流过IGBT集电极-发射极的电流会在这个通态电阻两端产生一个较小的压降，该电压称为IGBT的饱和压降。在一定的结温范围内，饱和压降与电流呈线性关系。在绝大部分IGBT的应用中，饱和压降都在f5V之间。在IGBT关断时，因所有IGBT串联连接，则理论上，每个IGBT所分担的电压相等。但由于各IGBT驱动电路传输时间的差异以及IGBT自身开关特性的差异，使得各IGBT很难同时开通和关断。当其他IGBT已经开通时，母线电压将分担到延迟开通的IGBT上，使得这些延迟开通的IGBT上产生过压。在IGBT串联电路中，造成IGBT损坏的原因有很多，但不论何种原因造成IGBT损坏，IGBT集电极-发射极都将被击穿，其集电极-发射极电压变为O。因此通过检测IGBT集电极-发射极电压是否降到0，可判断IGBT是否已损坏。当IGBT出现过流(包括短路)时，集电极-发射极电流在通态电阻两端产生的电压大于正常工作时的饱和压降。因此通过检测IGBT集电极-发射极电压是否高于正常工作时的饱和压降，可判断IGBT是否发生过流。IGBT过压发生在IGBT关断过程中，同样，通过检测其集电极-发射极电压是否突然增加到IGBT正常工作所允许的电压以上，可判断该IGBT是否发生过压。高灵敏度的电压比较器目前已广泛应用于对电压的快速检测，因此只要通过电压比较器，配合其外围电路即可实现对IGBT集电极-发射极电压的快速检测。发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于IGBT多级串联电路的IGBT故障检测电路。利用该电路能够实现对IGBT串联电路中各IGBT是否发生损坏、过流和过压的实时检测，并输出反馈信号。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:本实用新型包括IGBT损坏检测电路、IGBT过流检测电路、IGBT过压检测电路、信号反馈电路；IGBT损坏检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过流检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过压检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT损坏检测电路的过流检测信号输出端与信号反馈电路的第一个输入端相连；IGBT过流检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第二个输入端相连，IGBT过压检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第三个输入端相连；IGBT损坏检测电路的一端同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，IGBT损坏检测电路的另一端同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连。所述的IGBT损坏检测电路，包括第I 4个快速恢复二极管VD1、VD2、VD3、VD4，第I个锗二极管D1，第I 3个稳压二极管VS1、VS2、VS3，第I 3个电容C1、C2、C3，第I 4个电阻R1、R2、R3、R4，第I个电压比较器U1，15V电源和-15V电源；第2个快速恢复二极管VD2的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，第4个快速恢复二极管VD4的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连；第I个电压比较器Ul的2脚与信号反馈电路的第一个输入端相连。所述的IGBT过流检测电路，包括第5 8个快速恢复二极管VD5、VD6、VD7、VD8，第4 5个稳压二极管VS4、VS5，第4 6个电容C4、C5、C6，第5 10个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10，第2 3个电压比较器U2、U3，异或非门U4，第2个锗二极管D2，15V电源和-15V电源；第6个快速恢复二极管VD6的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT损坏检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，第8个快速恢复二极管VD8的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT损坏检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连；异或非门U4的3脚与信号反馈电路的第二个输入端相连。 所述的IGBT过压检测电路，包括雪崩二极管VAl，第3个锗二极管D3，第6个稳压二极管VS6，第7 9个电容C7、C8、C9，第11 14个电阻Rll、R12、R13、R14，第4个电压比较器U5，非门U6，15V电源和-15V电源；雪崩二极管VAl的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT损坏检测电路的一端和IGBT过流检测电路的一端相连，第3个D3的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT损坏检测电路的另一端和IGBT过流检测电路的另一端相连；非门U6的2脚与信号反馈电路的第三个输入端相连。所述的信号反馈电路IGBT，包括第7个稳压二极管VS7，第10 11个电容C10、Cll,H 15 20个电阻R15、R16、R17、R18、R19、R20，三输入与非门U7，光纤发光头U8，光纤收光头U9，高速光耦U10，三极管Ql，15V电源和-15V电源；三输入与非门U7的I脚为信号反馈电路的第一个输入端，与IGBT损坏检测电路的电压比较器Ul的2脚相连；三输入与非门U7的2脚为信号反馈电路的第二个输入端，与IGBT过流检测电路的异或非门U4的3脚相连；三输入与非门U7的13脚为信号反馈电路的第三个输入端，与IGBT过压检测电路的非门U6的2脚相连；光纤发光头U8和光纤收光头U9通过光纤相连；高速光耦UlO的6脚是反馈信号输出端。本实用新型具有的有益效果是:I)实时检测IGBT是否已经损坏。2)实时检测IGBT是否出现过流(包括短路)。3)实时检测IGBT是否出现过压。4)当IGBT出现损坏、过流、过压中任何一种故障时，都能快速输出故障反馈信号。
图1是本实用新型的总体结构框图。图2是本实用新型的IGBT损坏检测电路图。图3是本实用新型的IGBT过流检测电路图。 图4是本实用新型的IGBT过压检测电路图。图5是本实用新型的信号反馈电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的描述。图1是本实用新型总体结构框图。包括IGBT损坏检测电路、IGBT过流检测电路、IGBT过压检测电路、信号反馈电路；IGBT损坏检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过流检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过压检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT损坏检测电路的过流检测信号输出端与信号反馈电路的第一个输入端相连；IGBT过流检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第二个输入端相连，IGBT过压检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第三个输入端相连；IGBT损坏检测电路的一端同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，IGBT损坏检测电路的另一端同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连。IGBT损坏检测电路用于对IGBT是否损坏的实时检测，IGBT过流检测电路用于对IGBT是否发生过流的实时检测，IGBT过压检测电路用于对IGBT是否发生过压的实时检测，信号反馈电路用于将IGBT损坏检测信号、IGBT过流检测信号、IGBT过压检测信号转化为反馈信号输出。图2是本实用新型的IGBT损坏检测电路图。电压比较器Ul的5脚为比较电压输入端，同时接电阻Rl和稳压二极管VSl的负极。Rl的另一端接15V电源的正极，VSl的正极接快速恢复二极管VDl的正极，VDl的负极接快速恢复二极管VD2的正极，VD2的负极接被检测的IGBT的集电极。被检测的IGBT的发射极作为检测电路的电压参考点，并与15V电源的负极和-15V电源的正极相连。Ul的5脚的输入电压为:VS1的稳压值、VDl导通时的正向压降、VD2导通时的正向压降、IGBT集电极-发射极电压，四者之和，该电压不能超过Ul的工作电压，即小于15V。Ul的4脚为电压比较器的参考电压输入端，同时接电阻R2的一端和锗二极管Dl的正极，Dl的负极接稳压二极管VS2的负极，VS2的正极接快速恢复二极管VD3的正极，VD3的负极接快速恢复二极管VD4的正极，VD4的负极接被检测的IGBT的发射极；R2的另一端与15V电源的正极相连。Ul的4脚输入电压为:VS2的稳压值加上D1、VD3、VD4导通时三个二极管的正向压降之和，该电压不能超过Ul的工作电压，即应小于15 V。如图2所示，Ul的3脚和12脚分别接15V电源正极和-15V电源的负极，同时在15V电源和-15V电源的正负极各并联一个滤波电容C2、C1。Ul的2脚为IGBT损坏检测信号输出脚，为得到5V的TTL电平，采用由电阻R3、R4，稳压二极管VS3，滤波电容C3以及15V电源组成的限压电路；其中R3的一端接Ul的2脚，另一端与VS3的负极和R4的一端相连，R4的另一端接15V电源的正极，C3与VS3并联，VS3的正极作为电压参考点与IGBT发射极相连。如图2所示，Ul必须为高灵敏度的电压比较器，如LM339。如图2所示，四个快速恢复二极管VDl、VD2、VD3、VD4应为型号相同的耐高压二极管，要求VDl与VD2的耐压之和高于IGBT集电极-发射极所能承受的电压，如可选用HER108 ；D1为正向导通压降介于0.2 0.4V之间的锗二极管，如1N60P。如图2所示，VS1、VS2应为型号相同的稳压二极管，为使输入电压比较器Ul的比较电压波动尽可能小，要求VS1、VS2的稳压值浮动范围小，因此需选用稳压值较小的二极管，如3.3V稳压二极管1N4728 ；VS3必须为5.1V稳压二极管，如1N4733。如图3所示，是本实用新型的IGBT过流检测电路图。电压比较器U2的5脚为比较电压输入端，接三端可调电阻R5的可调端。R5的一个固定端接电阻R6的一端，R6的另一端与15V电源的正极相连，R5的另一个固定端接快速恢复二极管VD5的正极，VD5的负极接快速恢复二极管VD6的正极，VD6的负极接IGBT的集电极。IGBT的发射极作为检测电路的电压参考点，并与15V电源的负极和-15V电源的正极相连。U2的5脚的输入电压为:R5可调端与接在VD5正极的R5的固定端之间的压降、VD5导通时的正向压降、VD6导通时的正向压降、IGBT集电极-发射极电压，四者之和，该电压不能超过U2的工作电压，即小于15V。U2的4脚为电压比较器参考电压输入端，同时接电阻R7的一端和稳压二极管VS4的负极，R7的另一端接15V电源的正极，VS4的正极接快速恢复二极管VD7的正极，VD7的负极接快速恢复二极管VD8的正极，VD8的负极接被检测的IGBT的发射极。U2的4脚的输入电压为:VS4的稳压值、VD7导通时的正向压降、VD8导通时的正向压降，三者之和，该电压不能超过U2的工作电压，即应小于15V。如图3所示，电压比较器U3的5脚为比较电压输入端，接U2的5脚；U3的4脚为电压比较器的参考电压输入端，接锗二极管D2的负极，D2的正极接15V电源的正极。如图3所示，U2的3脚和12脚分别接15V电源正极和-15V电源的负极，同时在15V电源和-15V电源的正负极各并联一个滤波电容C4、C5，U3的3脚和12脚分别接15V电源正极和-15V电源的负极。U2和U3的2脚为电压比较信号输出脚，为得到5V的TTL电平，采用由电阻1 8、1 9、1 10，稳压二极管￥55，滤波电容06以及15V电源所组成的限压电路；其中R8的一端接U2的2脚，另一端同时与VS5的负极和R9的一端相连，R9的另一端接15V电源的正极，C6与VS5 并联，VS5的正极作为电压参考点与IGBT发射极相连。VS5的负极与RlO的一端相连，RlO的另一端与U3的2脚相连。[0033]如图3所示，异或非门U4的I脚与U3的2脚相连，U4的2脚与U2的2脚相连，U4的14脚与VS5的负极相连，U4的7脚为电压参考点，与IGBT的发射极相连。U4的3脚为IGBT损坏检测信号输出脚。如图3所示，U2、U3必须为高灵敏度的电压比较器，如LM339，U3必须为异或非门，如 74LS266。如图3所示，四个快速恢复二极管VD5、VD6、VD7、VD8应为型号相同的耐高压二极管，要求VD5与VD6的耐压之和高于IGBT集电极-发射极所能承受的电压，如可选用HER108 ；D2为正向导通压降介于0.2 0.4V之间的锗二极管，如1N60P。如图3所示，因IGBT的饱和压降较小，为更精确的检测IGBT的过流值同时能有较大的检测范围，要求输入U2的4脚的电压不能太大，也不能太小；太大则难以保证检测精度，且有可能超过U2的供电电压；太小则检测范围不够。因此，VS4的稳压值应适中，即介于5 IOV之间，如选择6.8V稳压二极管1N4736 ；VS5必须为5.1V稳压二极管，如1N4733。如图4所示，是本实用新型的IGBT过压检测电路图。电压比较器U5的5脚为比较电压输入端，同时接电阻Rll的一端和电阻R12的一端。Rll的另一端接雪崩二极管VAl的正极，VAl的负极接被检测的IGBT的集电极。R12的另一端与被检测的IGBT的发射极相连，IGBT的发射极作为检测电路的电压参考点，并与15V电源的负极和-15V电源的正极相连。U5的5脚输入电压即为R12两端的电压。U5的4脚为电压比较器的参考电压输入端，接锗二极管D3的正极，D3的负极接IGBT的发射极。U5的4脚输入电压即为D3的正向压降。如图4所示，U5的3脚和12脚分别接15V电源正极和-15V电源的负极，同时在15V电源和-15V电源的两端各并联一个滤波电容C8、C9。U5的2脚为电压比较器信号输出脚，为得到5V的TTL电平，采用由电阻R13、R14，稳压二极管VS6，滤波电容C7以及15V电源所组成的限压电路；其中R14的一端接U5的2脚，另一端与VS6的负极和R13的一端相连，Rl3的另一端接15V电 源的正极，Cl与VS6并联，VS6的正极作为电压参考点与IGBT发射极相连。U2的2脚U6的I脚相连，U6的14脚与VS6的负极相连，U6的7脚为电压参考点与IGBT发射极相连。U6的2脚为IGBT过压检测信号输出脚。如图4所示，U5必须为高灵敏度的电压比较器，如LM339 ；U6必须为非门，如74LS04。如图4所示，VAl必须为高耐压的雪崩二极管，其耐压值应介于IGBT集电极-发射极电压的最大工作允许电压与击穿电压之间，例如=IGBT的最大工作允许电压为800V，IGBT的击穿电压为1200V，则可选耐压为1000V的雪崩二极管BYW56。如图4所示，当IGBT出现过压时，VAl被反向击穿，电流从Rll、R12上流过，为了限制电流大小，Rll应选择阻值较大的电阻，如IOkQ ;R12为采样电阻，R12上的电压直接输入U5的5脚，该输入电压既不能超过U5的供电电压也不能太小，若太小，则无法与U5的4脚电压进行比较，因此R12的阻值可在KTlOOQ之间。如图4所示，VS6必须为5.1V稳压二极管，如1N4733。为增加过压检测精度，要求U5的4脚电压保持一个较小的稳定电压，因此D3可选正向导通压降介于0.2^0.4V之间的锗二极管，如1N60P。如图5所示，是本实用新型的信号反馈电路图。三输入与非门U7的I脚与IGBT损坏检测电路中电压比较器Ul的2脚相连，U7的2脚与IGBT过流检测电路中异或非门U4的3脚相连，U7的13脚与IGBT过压检测电路中非门U6的2脚相连。U7需要5V供电，采用由电阻R15，稳压二极管VS7，滤波电容ClO以及15V电源所组成的限压电路；其中R15的一端接VS7的负极，R15的另一端接15V电源的正极，ClO与VS7并联，VS7的正极作为电压参考点同时与IGBT发射极、U7的7脚相连。U7的12脚与电阻R16的一端相连，R16的另一端与三极管Ql的基极相连，Ql的集电极与15V电源的正极相连，Ql的发射极与R17的一端相连，R17的另一端与光纤发光头U8的2脚相连，U8的3脚与U7的7脚相连。如图5所示，U8和光纤收光头U9通过光纤连接，U9的2脚同时接5V电源的正极和电阻R18的一端；R18的另一端同时接U9的6脚和高速光耦UlO的2脚；U10的3脚与5V电源的负极相连，并同时与U9的3脚和7脚相连。UlO的8脚和7脚相连，并同时与5V电源和的正极和电阻R19的一端相连；R19的另一端与UlO的6脚相连，该脚为反馈信号输出脚。UlO的5脚接5V电源的负极，5V电源的正负极之间并联滤波电容C11。如图5所示，U6为三输入与非门，可选74LS10 ;U8为光纤发光头，可选HFBR-1414 ；U9为光纤收光头，可选HFBR-2412 ；U10为高速光耦，可选6N137。如图5所不,5V电源与15V电源时相互独立的两个电源,二者的负极不相连。如图5所示，VS7必须为5.1V稳压二极管，如1N4733。如图5所示，Ql必须为输出电流大于20 mA的高频三极管，如9014。本实用新型的工作过程如下:IGBT损坏检测电路中输入电压比较器Ul的5脚的电压为:稳压二极管VSl的稳压值、VDl导通时的正向压降、VD2导通时的正向压降、IGBT集电极-发射极电压，四者之和；输入Ul的4脚的电压是一个恒定值，等于VS2的稳压值加上D1、VD3、VD4导通时的三个二极管的正向压降之和。VS1、VS2的稳压值相等，VD1、VD2、VD3、VD4导通时的正向压降相等，因此要判断IGBT是否发生损坏只需比较IGBT集电极-发射极电压与锗二极管Dl导通时的正向压降的大小即可。若IGBT处于关断状态，则VD1、VD2反向截止，Ul的5脚输入电压拉高为15V，大于Ul的4脚的输入电压，则Ul的2脚输出高电平“I”；若处于导通状态，其集电极-发射极电压的饱和压降高于Dl导通时的正向压降，因此Ul的5脚电压高于Ul的4脚电压，Ul的2脚输出高电平“I”。当IGBT损坏时时，集电极-发射极被击穿，其集电极-发射极为0，低于Dl导通时的正向压降，Ul的5脚的电压低于则Ul的4脚的电压，Ul的2脚输出低电平“O”。因此IGBT正常时，Ul的2脚输出“I” ；IGBT损坏时，Ul的2脚输出 “O，，。IGBT过流检测电路中输入U2的5脚电压为:R5可调端与接在VD5正极的R5的固定端之间的压降、VD5导通时的正向压降、VD6导通时的正向压降、IGBT集电极-发射极电压，四者之和；输入U2的4脚的电压是一个恒定值，其大小为:VS4的稳压值、VD7导通时的正向压降、VD8导通时的正向压降，三者之和。VD5、VD6、VD7、VD8导通时的正向压降相等，因此判断U2的2脚输出电平，只需比较R5可调端与接在VD5正极的R5的固定端之间的压降加上IGBT集电极-发射极电压的值与VS4的稳压值的大小即可。IGBT处于关断状态时，VD5、VD6反向截止，U2的5脚的输入电压拉高为15V，大于U2的4脚输入电压，则U2的2脚输出高电平“I”。IGBT导通时，其集电极-发射极电压Uce与流过集电极和发射极的电流I。呈线性关系:UCE = Ron.Ic，其中Rm为IGBT集电极-发射极通态电阻，其大小可通过查找各IGBT生产厂家提供的datasheet参数中，特定电流下的饱和压降，将该饱和压降除以对应的集电极电流即可得出；也可以在IGBT导通状态下，使其集电极流过较小电流(f5A)，用高精度的万用表测量其集电极-发射极电压，并进行计算，或直接测量其集电极-发射极电阻。设IGBT工作中所允许的I。的最大值为1。(_)，则可计算出此时Uce的大小，设为UeE(max)。设:R5可调端与接在VD5正极的R5的固定端之间的压降为Uk5，调整R5可调端的位置即可改变Ue5的大小。调节R5可调端的位置，使Ur5与UeE(max)之和与VS4的稳压值相等。则IGBT正常工作时，Uce小于Ura0liax),即U2的5脚的电压低于U2的4脚的电压，U2的2脚输出低电平“O”。当IGBT过流(包括短路)时，
Uce 大于 Uce (max)， 因此U2的5脚的电压高于U2的4脚的
电压，U2的2脚输出高电平“I”。IGBT过流检测电路中输入U3的5脚的电压与输入U2的5脚的电压相等，U3的4脚的电压为15V减去D2导通时的正向压降。D2导通时的正向压降为0.2^0.4V，因此U3的4脚电压略低于15V。以上分析可知，IGBT处于关断状态，U3的5脚的电压为15V，高于U3的4脚的电压，U3的2脚输出高电平“I”。IGBT开通时，若正常工作，U3的5脚的电压低于U3的4脚的电压，U3的2脚输出低电平“O”。IGBT出现过流时，Uce大于UCE(max)，由IGBT特性可知，IGBT短路时(极限电流)产生的饱和压降依然很小，如目前电压等级最高的6.5kV系列IGBT模块，其最大饱和压降依然小于5V，因此U3的5脚的电压低于U3的4脚的电压，U3的2脚输出低电平“O”。由此可知，在IGBT关断时U2的2脚和U3的2脚同时输出“I”；IGBT正常导通时，U2的2脚和U3的2脚同时输出“0”;IGBT过流(包括短路)时，U2的2脚输出“1，，，U3的2脚输出“O”。U2的2脚和U3的2脚同时输入异或非门U4，U4的作用是当输入相同时输出“1”，输入不同时输出“O”。因此IGBT正常时，U4的3脚输出“1”;IGBT过流时，U4的3脚输出“O”。
`[0054]IGBT过压检测电路中，雪崩二极管VAl的击穿电压高于IGBT正常工作所允许最大电压。IGBT正常工作时，VAl反向截止，R12中无电流流过，因此U5的5脚电压为0，而U5的4脚电压为锗二极管D3的正向导通压降，U5的2脚输出“O”。当IGBT过压时，VAl反向击穿，R12中流过一定的电流，该电流在R12两端产生的电压大于D3的正向导通压降时，U5的5脚电压大于U5的4脚电压，U5的2脚输出“ I ”。U5的2脚输出的电平输入非门U6的I脚，经电平反向后，由U6的2脚输出。因此IGBT正常时，U6的2脚输出“I” ；IGBT过流时，U6的2脚输出“O”。Ul的2脚、U4的3脚、U6的2脚分别输入信号反馈电路U7的I脚、2脚和13脚。U7为三输入与非门，任何一路输入“0”，U7的12脚都输出“I”。由以上分析可知，任何一路检测电路出现故障，U6的12脚都输出“ 1”，此时三极管Ql导通，光纤发光头U8被触发发光。光纤收光头U9接收到光信号后，U9的6脚输出“0”，高速光耦UlO截止，其的6脚输出高电平“I”。当IGBT正常工作时，三路检测信号均为“1”，U7的12脚输出“0”，Ql截止，光纤不工作。因此U9的6脚输出“1”，UlO工作，其的6脚输出低电平“O”。因此只需判断UlO的6脚输出电平的高低即可知道IGBT是否出现故障。
权利要求1.一种IGBT故障检测电路，其特征在于:包括IGBT损坏检测电路、IGBT过流检测电路、IGBT过压检测电路、信号反馈电路；IGBT损坏检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过流检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT过压检测电路的两个检测端分别与被检测的IGBT的集电极和发射极相连；IGBT损坏检测电路的过流检测信号输出端与信号反馈电路的第一个输入端相连；IGBT过流检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第二个输入端相连，IGBT过压检测电路的损坏检测信号输出端与信号反馈电路的第三个输入端相连；IGBT损坏检测电路的一端同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，IGBT损坏检测电路的另一端同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的一种IGBT故障检测电路，其特征在于:所述的IGBT损坏检测电路，包括第I 4个快速恢复二极管VD1、VD2、VD3、VD4，第I个锗二极管Dl，第I 3个稳压二极管VS1、VS2、VS3，第I 3个电容C1、C2、C3，第I 4个电阻R1、R2、R3、R4，第I个电压比较器Ul，15V电源和-15V电源；第2个快速恢复二极管VD2的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT过流检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，第4个快速恢复二极管VD4的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT过流检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连;第I个电压比较器Ul的2脚与信号反馈电路的第一个输入端相连。
3.根据权利要求1所述的IGBT故障检测电路，其特征在于:所述的IGBT过流检测电路，包括第5 8个快速恢复二极管VD5、VD6、VD7、VD8，第4 5个稳压二极管VS4、VS5,第4 6个电容C4、C5、C6，第5 10个电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10，第2 3个电压比较器U2、U3，异或非门U4，第2个锗二极管D2，15V电源和-15V电源；第6个快速恢复二极管VD6的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT损坏检测电路的一端和IGBT过压检测电路的一端相连，第8个快速恢复二 极管VD8的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT损坏检测电路的另一端和IGBT过压检测电路的另一端相连；异或非门U4的3脚与信号反馈电路的第二个输入端相连。
4.根据权利要求1所述的IGBT故障检测电路，其特征在于:所述的IGBT过压检测电路，包括雪崩二极管VA1，第3个锗二极管D3，第6个稳压二极管VS6，第7 9个电容C7、C8、C9，第11 14个电阻町1、1 12、1 13、1 14，第4个电压比较器U5，非门U6，15V电源和-15V电源；雪崩二极管VAl的负极与被检测的IGBT集电极相连，同时与IGBT损坏检测电路的一端和IGBT过流检测电路的一端相连，第3个D3的负极与被检测的IGBT发射极相连，同时与IGBT损坏检测电路的另一端和IGBT过流检测电路的另一端相连；非门U6的2脚与信号反馈电路的第三个输入端相连。
5.根据权利要求1所述的一种IGBT故障检测电路，其特征在于:所述的信号反馈电路IGBT，包括第7个稳压二极管VS7，第10 11个电容CIO、C11，第15 20个电阻R15、R16、R17、R18、R19、R20，三输入与非门U7，光纤发光头U8，光纤收光头U9，高速光耦U10，三极管Ql，15V电源和-15V电源；三输入与非门U7的I脚为信号反馈电路的第一个输入端，与IGBT损坏检测电路的电压比较器Ul的2脚相连；三输入与非门U7的2脚为信号反馈电路的第二个输入端，与IGBT过流检测电路的异或非门U4的3脚相连；三输入与非门U7的13脚为信号反馈电路的第三个输入端，与IGBT过压检测电路的非门U6的2脚相连；光纤发光头U8和光纤收光头U9通 过光纤相连；高速光耦UlO的6脚是反馈信号输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种IGBT故障检测电路。包括IGBT损坏检测电路、IGBT过流检测电路、IGBT过压检测电路、信号反馈电路。三个检测电路均通过高灵敏度的电压比较器检测IGBT集电极-发射极的电压，并与各电压比较器所设定的参考电压进行比较。各个检测电路将检测结果以TTL电平的形式输入信号反馈电路，当IGBT损坏、过流以及过压中任何一种故障发生时，反馈电路中的光纤发光头都将被触发，得到的故障反馈信号通过光纤隔离传输后，由高速光耦输出。本实用新型能实时检测IGBT是否已经损坏；实时检测IGBT是否出现过流；实时检测IGBT是否出现过压；当其任何一种故障时，都能快速输出故障反馈信号。
文档编号G01R19/165GK202929163SQ20122058883
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者王剑平, 余琳, 江婷婷, 黄康, 王海军, 盖玲 申请人:浙江大学