一种用于光伏逆变器的IGBT过流保护电路的制作方法

一种用于光伏逆变器的igbt过流保护电路
技术领域
1.本实用新型涉及igbt技术应用领域，尤其涉及一种应用于光伏并网逆变器的igbt过流保护电路。


背景技术：

2.功率半导体器件自上世纪世以来，已经有了长足的发展。igbt集成了高电压大电流晶闸管制造技术和大规模集成电路微细加工技术，表现出很好的综合性能，其在大功率领域表现出强大的生命力。与其他电力电子器件相比，igbt具有高可靠性、驱动简单、保护容易、电压型驱动、驱动功率小、饱和压降低、可耐高电压大电流等特点，在汽车电子、消费电子、轨道交通、电力领域、新能源等各个传统和新兴的领域得到了广泛的应用。
3.igbt工作在高电压大电流的恶劣环境之下，常常因各种原因而失效损坏。失效损坏的种类主要包括：过热损坏，超出关断安全工作区引起锁定效应而损坏以及过压造成igbt击穿。几乎所有的损坏都与集电极电流ic过大有关，因此为了保证整个系统平稳、正常、智能运行，对igbt电流的实时监测十分重要。在光伏并网逆变器领域使用电流传感器对交流母线电流进行检测是常用的检测手段，若发生电流异常，发出故障信号，并进行相关处理。
4.但是，igbt的安全工作区在大电压与大电流工况时并非是固定不变的，如图1所示，当igbt承受大电压时，其所能承受的电流值需要降额使用，若不及时调整在大电压下igbt的过流阈值，势必造成igbt过流损坏。因此获得一种用于解决现有技术中igbt过流阈值不能随着直流母线电压的变化而及时进行调整的用于光伏逆变器的igbt过流保护电路以及保护方法十分重要。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，一方面本实用新型提供一种用于光伏逆变器的igbt过流保护电路，包括电压采样电路、采样调理电路和过流阈值获取电路，所述电压采样电路的输出端连接采样调理电路的输入端，所述采样调理电路的输出端连接过流阈值获取电路，所述过流阈值获取电路输出最高电压阈值和最低电压阈值。
6.电压采样电路包括第一运算放大器单元u1，所述第一运算放大器单元u1的同相输入端通过至少一个连接电阻连接直流母线电压正极，所述第一运算放大器单元u1的同相输入端通过第十电阻r10串联第一电感l1后连接直流母线电压负极，所述第一运算放大器单元u1的输出端连接第一运算放大器单元u1的反相输入端，所述第十电阻r10并联有第一电容c1。连接电阻包括串联的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9。
7.电压采样电路的输出电压v
dect
＝r10*(vbus
+-vbus-)/(r1+r2+r3+r4+r5+r6+r7+r8+r9+r10)。
8.采样调理电路包括第三运算放大器单元u3，所述第三运算放大器单元u3的反相输
入端通过第十一电阻r11连接电压采样电路的输出端，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十二电阻r12连接其反相输入端，所述第十二电阻r12并联有第四电容，所述第三运算放大器单元u3的同相输入端通过第三电容c3接地，第三运算放大器单元u3的同相输入端通过第十三电阻r13连接1/2参考电压源vcc，所述第三运算放大器单元u3的同相输入端连接参考电压源vcc。
9.采样调理电路还包括第二运算放大器单元u2，所述第二运算放大器单元u2的输出端通过第十六电阻r16连接第三运算放大器单元u2的同相输入端，所述第二运算放大器单元u2的同相输入端通过第十四电阻r14连接参考电压源vcc，第二运算放大器单元u2的同相输入端通过第十五电阻r15接地，第二运算放大器单元u2通过第二电容c2接地，第二运算放大器单元u2的输出端连接器反相输入端。
10.采样调理电路还包括区域钳位电路，所述区域钳位电路包括第一二极管d1和第二二极管d2，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十七电阻r17连接第一二极管d1的正极后连接第二运算放大器单元u2的输出端，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十七电阻r17连接第二二极管d2的阴极后接地。
11.采样电压调理电路的输出电压vo＝(v
ov
*r13-v1*r12+1/2vcc*r16)/r11。
12.其中v
ov
＝vcc*r15/(r14+r15)。
13.过流阈值获取电路包括第四运算放大器单元u4，所述采样调理电路的输出信号通过第十九电阻r19连接第四运算放大器单元u4的同相输入端，所述第四运算放大器单元u4的反相输入端通过第十八电阻r18接地，所述第四运算放大器单元u4的输出端通过第六电容c6连接器反相输入端，第六电容c6并联有第二十电阻r20，所述第四运算放大器u4的同相输入端通过第五电容c5接地，第五电容c5并联有第二十八电阻r28，第四运算放大器单元u4的输出端通过第二十一电阻r21和第七电容c7后连接参考电压源vcc，第四运算放大器单元u4的输出端通过第二十一电阻r21输出最高电压阈值。
14.过流阈值获取电路包括第五运算放大器单元u5，第五运算放大器单元u5的反相输入端通过第二十七电阻连接采样调理电路的输出信号，所述第五运算放大器单元u5的同相输入端通过第二十六电阻r26连接3.3v电压，所述第五运算放大器单元u5的同相输入端通过第十电容c10接地，第十电容c10并联有第二十五电阻r25，所述第五运算放大器单元u5的输出端通过第九电容c9连接器反相输入端，第九电容c9并联有第二十四电阻r24，第五运算放大器单元u5的输出端通过第二十三电阻r23和第八电容c8后连接参考电压源vcc，第五运算放大器单元u5的输出端通过第二十三电阻r23输出最低电压阈值。
15.还包括第二十二电阻r22，所述第二十二电阻r22的第一端连接在第二十一电阻r21和第七电容c7的连接处，另一端连接在第二十三电阻r23和第八电容c8的连接处，有阀值调节需求要时，可以通过调节第二十二电阻r22实现最高和最低阀值同时调节，即以1/2vcc为中心进行对称调节。
16.根据上述可得出，过电流上限阈值电压为：v
i_ref_h
＝vo；
17.过电流上限阈值电压为：v
i_ref_l
＝vcc-vo。
18.另一方面，本实用新型提供一种用于光伏逆变器的igbt过流保护电路的保护方法，将电压采样电路的输入端分别连接在直流母线电压的正负极，通过获取不同的igbt的电压从而得到对应的igbt的最高电压阈值和最低电压阈值。
19.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，包括电压采样电路、采样电压调理电路及过流阈值获取电路。采样电压调理电路输出的电压阈值由电压采样电路决定，过流阈值获取电路输出的电流上、下阈值由采样电压调理电路决定，达到根据不同的电压获取相应的igbt过流阈值的目的，既能充分利用igbt的能力，又能避免造成igbt的过流损坏，以便及时地保护igbt。
附图说明
20.图1为为igbt的反偏安全工作区(rbsoa)示意图；
21.图2为本实用新型的结构框图；
22.图3为本实用新型提出的igbt电压采样电路图；
23.图4为本实用新型提出的igbt采样电压调理电路图；
24.图5为本实用新型提出的igbt过流阈值获取电路图。
具体实施方式
25.为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，从而对本实用新型要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本实用新型的某些具体实施例对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本实用新型构思的某些具体实施方式仅是本实用新型的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本实用新型，各具体特征并不当然、直接地限定本实用新型的实施范围。
26.参阅附图所示，本实用新型采用以下技术方案，一方面本实用新型提供一种用于光伏逆变器的igbt过流保护电路，包括电压采样电路、采样调理电路和过流阈值获取电路，所述电压采样电路的输出端连接采样调理电路的输入端，所述采样调理电路的输出端连接过流阈值获取电路，所述过流阈值获取电路输出最高电压阈值和最低电压阈值。
27.电压采样电路包括第一运算放大器单元u1，所述第一运算放大器单元u1的同相输入端通过至少一个连接电阻连接直流母线电压正极，所述运算放大器单元u1的同相输入端通过第十电阻r10串联第一电感后连接直流母线电压负极，所述第一运算放大器单元u1的输出端连接第一运算放大器单元u1的反相输入端，所述第十电阻r10并联有第一电容c1。连接电阻包括串联的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9。
28.电压采样电路的输出电压v
dect
＝r10*(vbus+-vbus-)/(r1+r2+r3+r4+r5+r6+r7+r8+r9+r10)。
29.采样调理电路包括第三运算放大器单元u3，所述第三运算放大器单元u3的反相输入端通过第十一电阻r11连接电压采样电路的输出端，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十二电阻r12连接其反相输入端，所述第十二电阻r12并联有第四电容c4，所述第三运算放大器单元u3的同相输入端通过第三电容c3接地，第三运算放大器单元u3的同相输入端通过第十三电阻r13连接1/2参考电压源vcc，所述第三运算放大器单元u3的同相输入端连接参考电压源vcc。如图2所示，为本实用新型的结构框图，图中差分放大器即为第三运算放大器单元u3，其同相输入端连接参考电压源vcc，该参考电压源的电压可为3.3v，参考电压源vcc可以根据参数做单独设定的，图中vbus为母线电压采样值，横坐标代表母线电压
标量，纵坐标表示电压值，其中g表示差分放大倍数。
30.采样调理电路还包括第二运算放大器单元u2，所述第二运算放大器单元u2的输出端通过第十六电阻连接第三运算放大器单元u3的同相输入端，所述第二运算放大器单元u2的同相输入端通过第十四电阻r14连接参考电压源vcc，第二运算放大器单元u2的同相输入端通过第十五电阻r15接地，第二运算放大器单元u2通过第二电容c2接地，第二运算放大器单元u2的输出端连接器反相输入端。
31.采样调理电路还包括区域钳位电路，所述区域钳位电路包括第一二极管d1和第二二极管d2，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十七电阻r17连接第一二极管d1的正极后连接第二运算放大器单元u2的输出端，所述第三运算放大器单元u3的输出端通过第十七电阻r17连接第二二极管d2的阴极后接地。
32.采样电压调理电路的输出电压vo＝(v
ov
*r13-v1*r12+1/2vcc*r16)/r11。
33.其中v
ov
＝3.3*r15/(r14+r15)。
34.过流阈值获取电路包括第四运算放大器单元u4，所述采样调理电路的输出信号通过第十九电阻r19连接第四运算放大器单元u4的同相输入端，所述第四运算放大器单元u4的反相输入端通过第十八电阻r18接地，所述第四运算放大器单元u4的输出端通过第六电容c6连接器反相输入端，第六电容c6并联有第二十电阻r20，所述第四运算放大器u4的同相输入端通过第五电容c5接地，第五电容c5并联有第二十八电阻r28，第四运算放大器单元u4的输出端通过第二十一电阻r21和第七电容c7后连接参考电压源vcc，第四运算放大器单元u4的输出端通过第二十一电阻r21输出最高电压阈值。
35.过流阈值获取电路包括第五运算放大器单元u5，第五运算放大器单元u5的反相输入端通过第二十七电阻r27连接采样调理电路的输出信号，所述第五运算放大器单元u5的同相输入端通过第二十六电阻r26连接参考电压源vcc，所述第五运算放大器单元u5的同相输入端通过第十电容c10接地，第十电容c10并联有第二十五电阻r25，所述第五运算放大器单元u5的输出端通过第九电容c9连接器反相输入端，第九电容c9并联有第二十四电阻r24，第五运算放大器单元u5的输出端通过第二十三电阻r23和第八电容c8后连接参考电压源vcc，第五运算放大器单元u3的输出端通过第二十三电阻r23输出最低电压阈值。
36.还包括第二十二电阻r22，所述第二十二电阻r22的第一端连接在第二十一电阻r21和第七电容c7的连接处，另一端连接在第二十三电阻r23和第八电容c8的连接处，有阀值调节需求要时，可以通过调节第二十二电阻r22实现最高和最低阀值同时调节，即以1/2vcc为中心进行对称调节。
37.根据上述可得出，过电流上限阈值电压为：v
i_ref_h
＝vo；
38.过电流上限阈值电压为：v
i_ref_l
＝3.3v-vo。
39.另一方面，本实用新型提供一种用于光伏逆变器的igbt过流保护电路的保护方法，将电压采样电路的输入端分别连接在直流母线电压的正负极，通过获取不同的igbt的电压从而得到对应的igbt的最高电压阈值和最低电压阈值。
40.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型结构简单，包括电压采样电路、采样电压调理电路及过流阈值获取电路。采样电压调理电路输出的电压阈值由电压采样电路决定，过流阈值获取电路输出的电流上、下阈值由采样电压调理电路决定，达到根据不同的直流母线电压获取相应的igbt过流阈值的目的，以便及时地保护igbt。
41.上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。