从低逻辑电平转换到高逻辑电平。逻辑电路39接收PWM信号和比较器38的输出。如果检测到栅极驱动UV故障(即，Vee低于Vraf)，则逻辑电路39阻断PWM信号以便关闭IGBT。此外，逻辑电路39产生故障输出来将UV故障通知系统控制器。
[0034]在图2中所示的传统监测电路不能直接地监测IGBT22的栅极开启电压。Va线路35和绝缘栅30之间的不期望的电压降仍然可以产生未被检测到的UV故障。而且，栅极驱动设备(比如互补晶体管对26/27，电阻器31，或IGBT22本身)的任何其它栅极驱动失常或的故障不能被检测到。例如，栅极30的绝缘故障可能降低栅极电容和降低栅极-发射极电阻RgJ图3)，导致未被检测到的IGBT22的较低的电导和较高的VOT(sat)。
[0035]用于动态地和直接地检测IGBT的导通状态的栅极电压的本发明的第一实施例在图3中示出。栅极驱动电路与图2相同。改进的监测电路40包括具有接收基准电压V?f的同相输入端和直接耦接到绝缘栅30的反相输入端的比较器41。基准电压Vraf被再次设定为V。。的目标或标称值的约90%。比较器41的输出被耦接到D-型触发器锁存器42的锁存输入端。触发器42的输出端Q被耦接到逻辑电路43。触发器42的触发或时钟输入被连接以从控制器23中接收PWM信号。
[0036]触发器锁存器42被设置为通过PWM信号的下降沿触发。因此，比较器41的逻辑电平输出(即，绝缘栅电压和基准电压Vraf之间的比较的结果)被采样，并在IGBT 22仍然处于完全导通状态时的Q输出端处保持(因为栅极30在PWM信号的充电阶段处于刚通过互补晶体管26充电的充电状态)。假设供给电压Vee足够接近它的标称电平，并且在驱动电路中没有其他故障(例如，在互补晶体管26和27中的传导故障或晶体管26或27或IGBT22的其它设备故障)，则栅极30处的栅极电压在PWM信号的下降沿处将足够高，以确保来自比较器41的低逻辑输出。否则，来自比较器41的高逻辑电平将被锁存。通过触发器42锁存的任何一个逻辑电平被提供到逻辑电路43，作为表示栅极驱动故障的存在或不存在的锁存逻辑信号。逻辑电路43在高逻辑电平输出从触发器42的Q输出端中被接收的情况下抑制栅极30的充电。
[0037]图4更详细地示出了逻辑电路43的一实施例。与门44被连接以操作为PWM信号的传输门。来自触发器锁存输出端Q的锁存逻辑信号被提供到与门44的反相输入端。如果锁存逻辑信号具有低逻辑电平(例如，零伏)，则PWM信号通过与门44传送到输出线46，然后到互补晶体管对上。当锁存逻辑信号具有高逻辑电平(例如，5伏)时，与门44抑制PWM信号传播到输出46。锁存逻辑信号还提供故障指示信号到主控制器，以指示驱动故障已被检测到和对应的相位开关已被禁用。如图3中所示，控制器23可以包括到触发器42的CLR(限流电阻)输入的连接，以便每当需要恢复IGBT相位开关22的操作(例如，在故障被校正或以其他方式清除之后)时，控制器可以复位触发器42。
[0038]图5示出了替代实施例，其中监测电路50已被修改来基于IGBT的状态而不是使用PWM信号触发触发器的锁存。比较器41和逻辑电路43以如结合图3所讨论的相同的方式操作。在图5中，集电极-发射极电压VCE用来检测IGBT 22的导通状态的存在。因此，监测电路50包括第二比较器51，第二比较器51具有耦接到IGBT 22的集电极端子52的同相输入端和耦接到第二基准电压V?f2的反相输入端。在IGBT 22的正常关闭到打开的过渡过程中，VffiWDC总线电压(例如，约400V)下降到导通状态饱和电压(例如，大约1.5V)。第二基准电压Vraf2被优选设定为比通常预期的饱和电压更大的值(例如，设定V吣为约5V)。因此，当IGBT 22打开和集电极-发射极电压降到低于Vraf2时，触发器42的输出被锁存，对应的逻辑信号表示栅极电压是否是在用于IGBT 22的适当的打开的足够的电平处。
[0039]上述发明直接地和动态地监测IGBT的实际的导通状态的栅极电压以提供欠压故障检测。此外，其他的栅极驱动组件故障可以被检测到。因此，灾难性的驱动故障和效率损失可以在电动车辆的应用中避免。低成本和低部件计数通过本发明实现，本发明每个开关事件采样绝缘栅电压一次和锁存栅极电压和基准电压之间的比较结果。采样时间在栅极电压在正常条件下被期望具有对应于完全打开相位开关的值(例如，根据PWM信号或响应于集电极电压确定)时出现。
【主权项】
1.一种逆变器，包含: 相位开关，其具有绝缘栅； 互补晶体管对，其适合于接收供给电压和PWM信号以选择地给所述绝缘栅充电和放电； 比较器，其将在所述绝缘栅处的电压与表示栅极驱动故障的基准电压进行比较以产生第一逻辑信号； 锁存器，其当所述PWM信号具有对应于给所述绝缘栅充电的值时采样所述第一逻辑信号；以及 逻辑电路，其当所述锁存逻辑信号指示所述栅极驱动故障时抑制所述绝缘栅的充电。2.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述栅极驱动故障是所述供给电压的欠压故障。3.根据权利要求2所述的逆变器，其中所述基准电压配置为每当所述供给电压小于目标值的90%时指示所述欠压故障。4.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述栅极驱动故障包括所述绝缘栅的绝缘故障和所述互补晶体管对的传导故障。5.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述锁存器通过所述PWM信号的下降沿触发。6.根据权利要求1所述的逆变器，进一步包含用于将所述相位开关两端的电压与表示所述相位开关的导通状态的第二基准电压进行比较的第二比较器，其中所述锁存器在所述导通状态被检测到时通过所述第二比较器触发。7.根据权利要求1所述的逆变器，其中所述锁存器包含D-型触发器。
【专利摘要】用于逆变器的栅极驱动故障被检测，逆变器包含具有绝缘栅(比如IGBT)的相位开关。互补晶体管对适合于接收供给电压和脉冲宽度调制(PWM)信号以选择地给绝缘栅充电和放电。比较器将绝缘栅处的电压和表示栅极驱动故障的基准电压进行比较，以产生第一逻辑信号。当PWM信号具有对应于给绝缘栅充电的值时，锁存器采样第一逻辑信号。当锁存逻辑信号指示栅极驱动故障时，逻辑电路抑制绝缘栅的充电。小于基准电压的绝缘栅电压表示欠压故障以及IGBT或互补晶体管的其它设备故障。
【IPC分类】G01R19/165, H02M1/08, G01R31/26
【公开号】CN105281552
【申请号】CN201510415688
【发明人】陈礼华, 曹东, 周岩, 克雷格·罗杰斯
【申请人】福特全球技术公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年7月15日
【公告号】DE102015110799A1, US9322852, US20160018446