三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路的製作方法

2023-04-30 13:05:41 2

三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路的製作方法
【專利摘要】本申請實施例公開了一種三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路，該方法包括：檢測短路信號；判斷是否檢測到內管Q2或內管Q3的短路信號；當檢測內管Q2或內管Q3的短路信號時，控制內管Q2和內管Q3進行軟關斷；控制外管Q1和外管Q4進行軟關斷或硬關斷，所述內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延。該方法可以控制內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延，使得外管可以先於內管關斷，從而無論是內管短路或者出現短路誤觸發，都能實現外管接近同步或領先內管先關的邏輯，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
【專利說明】三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路【技術領域】
[0001]本申請涉及電路【技術領域】，特別是涉及一種三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路。
【背景技術】 [0002]I型三電平功率模塊發生直通型短路時，概率較大的是發生三隻IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)處於串聯短路狀態。如圖1所示的A環，其中，Q1、Q2和Q3直通短路，或者，如圖2所示的B環，其中，Q2、Q3和外管Q4直通短路，並且各環短路電流如圖中箭頭所示意。
[0003]針對I型三電平功率模塊的短路情況，現有技術通常主要是只針對外管進行保護，如圖1和圖2所指，只針對圖中的Ql，Q4進行短路偵測，由於模塊間的差異以及控制迴路複雜多樣，短路時各管VCE分壓並不一定均壓，單純的只做外管短路保護，有可能無法取得想要短路保護效果，尤其是採用電阻偵測VCE電壓實現短路保護的情況。另外，雖然可以對內外管均進行保護，但在對內管進行短路保護，基於I型三電平邏輯的特殊性，外管通常需要先於內管關斷，會出現由於內管先關帶來的內管可能發生超壓的邏輯風險。

【發明內容】

[0004]本申請中提供了一種三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路，以解決現有技術中的短路保護可靠性差問題。
[0005]為了解決上述技術問題，本申請公開了如下技術方案:
[0006]一方面，本申請提供了一種三電平電路短路保護方法，所述三電平電路中包含有第一外管、第一內管、第二內管和第二外管，所述方法包括:檢測短路信號；判斷是否檢測到所述第一內管或所述第二內管的短路信號；當檢測所述第一內管或所述第二內管的短路信號時，控制所述第一內管和所述第二內管進行軟關斷；控制所述第一外管和所述第二外管進行軟關斷或硬關斷，所述第一內管、第二內管的關斷時延都大於或等於所述第一外管、第二外管的關斷時延。
[0007]結合第一方面，在第一方面第一種可能的實現方式中，控制第一外管和第二外管進行軟關斷或硬關斷，包括:生成原邊故障信號；將所述原邊故障信號分別向設置在所述第一外管與微控制單元MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開；所述原邊故障信號發送到設置在所述第一外管與MCU之間的控制開關的時延和設置在所述第二外管與MCU之間的控制開關的時延為零，或者，都小於等於所述第一內管、第二內管進行軟關斷的時延。
[0008]結合第一方面，在第一方面第二種可能的實現方式中，還包括:判斷是否檢測到所述第一外管或所述第二外管的短路信號；當檢測內第一外管、第一內管、第二內管或第二外管任意一個的短路信號時，控制所述第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行硬關斷。[0009]結合第一方面第二種可能的實現方式，在第一方面第三種可能的實現方式中，控制第一外管、第一內管、第二內管和第二外管直接關斷，包括:生成原邊故障信號；分別向設置在所述第一外管與MCU之間、所述第一內管與MCU之間、所述第二內管與MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送所述原邊故障信號，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開。
[0010]第二方面，本申請還提供了一種三電平電路短路保護方法，所述三電平電路中包含有第一外管、第一內管、第二內管和第二外管，包括:檢測短路信號；判斷是否檢測到所述第一外管、第一內管、第二內管或第二外管的短路信號；當檢測所述第一內管或第二內管的短路信號時，生成原邊故障信號；分別向設置在所述第一外管與MCU之間、所述第一內管與MCU之間、所述第二內管與MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送所述原邊故障信號，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開。
[0011]第三方面，本申請還提供了一種三電平電路短路保護裝置，用於對三電平電路中的第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行短路保護，所述三電平電路受微控制單元MCU的原邊驅動信號工作，所述裝置包括:第一控制開關、第四控制開關、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中，所述第二短路檢測電路與所述第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與所述第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號；所述第一控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接；所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間；所述第二隔離驅動電路串聯在所述MCU與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路串聯在所述MCU與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號控制所述第二內管進行軟關斷；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第二外管之間；所述邏輯或電路的輸入端與第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第二隔離驅動電路或第三隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關和第四控制開關斷開；所述第一內管、第二內管的關斷延時大於或等於所述原邊故障信號發生到所述第一控制開關、第四控制開關的時延。
[0012]結合第三方面，在第三方面第一種可能的實現方式中，所述第二隔離驅動電路包括:第二隔離驅動電路和第二延時電路，所述第二隔離驅動電路用於根據所述第一內管的短路信號生成關斷信號，所述第二延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路包括:第三隔離驅動電路和第三延時電路，所述第三隔離驅動電路和延時電路，所述第三隔離驅動電路用於根據所述第二內管的短路信號生成關斷信號，所述第三延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第二內管進行軟關斷。
[0013]結合第三方面或第三方面第一種可能的實現方式，在第三方面第二種可能的實現方式中，還包括:第一短路檢測電路、第四檢測短路電路、第二控制開關和第三控制開關，其中，所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測所述第一外管的短路信號；所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測所述第二外管的短路信號；所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接；所述第二控制開關串聯在所述第二隔離驅動電路與MCU之間；所述第三控制開關串聯在所述第三隔離驅動電路與MCU之間；所述第一隔離驅動電路根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號，所述第四隔離驅動電路根據所述第二外管的短路信號生成原邊故障信號，所述邏輯或電路的輸入端與所述第一隔離驅動電路、第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第二控制開關、第三控制開關相連接，所述邏輯或電路根據所述第一隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
[0014]第四方面，本申請還提供了一種三電平電路短路保護裝置，用於對三電平電路中的第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行短路保護，所述三電平電路受微控制單元MCU的原邊驅動信號工作，
[0015]所述裝置包括:第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關、第一短路檢測電路、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第四短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中，所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接；所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測所述第一外管的短路信號；所述第二短路檢測電路與所述第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與所述第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號；所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測第二外管的短路信號；所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間，用於根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述第二隔離驅動電路串聯在所述第二控制開關與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第三隔離驅動電路串聯在所述第三控制開關與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第一外管之間，用於根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述邏輯或電路的輸入端與第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路和第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
[0016]第五方面，本申請還提供了一種三電平電路，包括:微控制單元MCU、三電平電路短路保護裝置、第一外管、第二外管、第一內管和第二內管，其中，所述三電平短路保護裝置分別與MCU的不同管腳相連接，所述第一外管、第二外管、第一內管和第二內管分別與三電平短路保護裝置相連接；所述MCU生成原邊驅動信號，所述三電平短路保護裝置根據所述原邊驅動信號控制第一外管、第二外管、第一內管和第二內管工作；所述三電平電路短路保護裝置包括第一控制開關、第四控制開關、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中，所述第二短路檢測電路與第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號；所述第一控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接；所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間；所述第二隔離驅動電路串聯在所述MCU與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路串聯在MCU與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號控制所述第二內管進行軟關斷；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第二外管之間；所述邏輯或電路的輸入端與第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第二隔離驅動電路或第三隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關和第四控制開關斷開；所述第一內管、第二內管的關斷延時大於或等於所述原邊故障信號發生到第一控制開關、第四控制開關的時延。
[0017]結合第五方面，在第五方面第二種可能的實現方式中，所述第二隔離驅動電路包括:第二隔離驅動電路和第二延時電路，所述第二隔離驅動電路用於根據所述第一內管的短路信號生成關斷信號，所述第二延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路包括:第三隔離驅動電路和第三延時電路，第三隔離驅動電路和延時電路，所述第三隔離驅動電路用於根據所述第二內管的短路信號生成關斷信號，所述第三延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第二內管進行軟關斷。
[0018]第六方面，本申請還提供了一種三電平電路，包括:微控制單元MCU、三電平電路短路保護裝置、第一外管、第二外管、第一內管和第二內管，其中，所述三電平短路保護裝置分別與MCU的不同管腳相連接，所述第一外管、第二外管、第一內管和第二內管分別與三電平短路保護裝置相連接；所述MCU生成原邊驅動信號，所述三電平短路保護裝置根據所述原邊驅動信號控制第一外管、第二外管、第一內管和第二內管工作；所述三電平電路短路保護裝置包括第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關、第一短路檢測電路、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第四短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中，所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接；所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測第一外管的短路信號；所述第二短路檢測電路與第一內管相連接，檢測第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與第二內管相連接，檢測第二內管的短路信號；所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測第二外管的短路信號；所述第一隔離驅動電路串聯在第一控制開關與第一外管之間，用於根據第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述第二隔離驅動電路串聯在第二控制開關與第一內管之間，用於根據第一內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第三隔離驅動電路串聯在第三控制開關與第二內管之間，用於根據第二內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第四隔離驅動電路串聯在第四控制開關與第一外管之間，用於根據第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述邏輯或電路的輸入端與第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路和第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
[0019]由上技術方案可見，本申請提供的該三電平電路短路保護方法，當檢測到第一內管或第二內管的短路信號時，可以對內管和外管分別進行關斷控制，並且對於第一內管和第二內管進行軟關斷，而對於第一外管、第二外管則直接硬關斷或同樣進行軟關斷，但無論哪種方式第一內管、第二內管的關斷時延都大於或等於第一外管、第二外管的關斷時延，保證外管可以先於內管關斷，所以當內管短路或者出現短路誤觸發，都能實現外管接近同步或領先內管先關的邏輯，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本申請實施例提供的一種三電平電路的結構示意圖；
[0022]圖2為本申請實施例提供的另一種三電平電路的結構示意圖；
[0023]圖3為本申請實施例提供的一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖；
[0024]圖4為本申請實施例提供的步驟S104的流程示意圖；
[0025]圖5為本申請實施例提供的另一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖；
[0026]圖6為本申請實施例提供的又一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖；
[0027]圖7為本申請實施例還提供了一種三電平電路短路保護裝置的結構示意圖；
[0028]圖8為本申請實施例提供的該三電平電路短路保護裝置使用時內外管IGBT的關斷時序對比圖；
[0029]圖9為本申請實施例還提供了另一種三電平電路短路保護裝置的結構示意圖。【具體實施方式】
[0030]本申請如下實施例提供了一種三電平電路短路保護方法、裝置及三電平電路，該方法在處理I型三電平電路出現短路故障時，對於任意一個內管出現的短路故障，都可以控制外管的關斷時間接近於同步或早於內管的關斷時間，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險。
[0031]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請實施例中的技術方案，並使本申請實施例的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本申請實施例中技術方案作進一步詳細的說明。
[0032]一個實施例:
[0033]參見圖3所示，為本申請實施例提供的一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖。該方法可以包括以下步驟:
[0034]SlOl:檢測短路信號。
[0035]以圖7所示的三電平電路為例，圖中，在I型三電平電路中包含有四個IGBT，分別為:外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4。在本申請實施例中,外管Ql為第一外管，外管Q4為第二外管，內管Q2為第一內管，內管Q3為第二內管。
[0036]在檢測短路信號時，可以在內管Q2和內管Q3上分別設置有短路檢測電路，當然也可以在外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4中每一個上設置有短路檢測電路，分別檢測外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4的短路信號。
[0037]S102:判斷是否檢測到內管Q2或內管Q3的短路信號。
[0038]當檢測到內管Q2和內管Q3中任意一個的短路信號時進行S103或S104，否則，結束。[0039]S103:控制內管Q2和內管Q3進行軟關斷。
[0040]軟關斷是指在生成用於控制關斷的信號後，延遲預設時間再執行關斷。在本本申請實施例中，可以採用帶有軟關斷功能的隔離驅動晶片來實現軟關斷，也可以採用其它短時間內使關斷變慢的延時電路來實現軟關斷。
[0041]S104:控制外管Ql和外管Q4進行軟關斷或硬關斷。
[0042]硬關斷是指在生成用於控制關斷的信號後，不進行延遲，直接進行關斷。
[0043]在本申請實施例中，如圖4所示，該步驟可以包括:
[0044]S1041:生成原邊故障信號。
[0045]S1042:將所述原邊故障信號分別向設置在外管Ql與MCU (Micro Control Unit,微控制單元)之間、外管Q4與MCU之間的控制開關發送。
[0046]原邊故障信號的作用是控制控制開關斷開。MCU用於向外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4發送原邊驅動信號，驅動外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4進行工作。如圖7所示為本申請實施例提供的一種三電平電路保護電路的結構示意圖。圖中，在外管Ql與MCU之間設置有第一控制開關，並在外管Q4與MCU之間都設置有第二控制開關，第一控制開關和第二控制開關的作用是用於控制原邊驅動信號通斷。
[0047]為了保證外管Ql和外管Q4先於內管Q2和內管Q3關斷，所以要求內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延。在本申請實施例中，原邊故障信號發送到設置在所述外管Ql與MCU之間的控制開關的時延和設置在所述外管Q4與MCU之間的控制開關的時延可以為零，也可以都小於等於所述內管Q2、內管Q3進行軟關斷的時延。
[0048]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護方法，當檢測到內管Q2或內管Q3的短路信號時，可以對內管和外管分別進行關斷控制，並且對於內管Q2和內管Q3進行軟關斷，而對於外管Q1、外管Q4則直接硬關斷或同樣進行軟關斷，但無論哪種方式內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延，保證外管可以先於內管關斷，所以當內管短路或者出現短路誤觸發，都能實現外管接近同步或領先內管先關的邏輯，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0049]另一個實施例:
[0050]參見圖5所示，為本申請另一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖，在實施一的基礎上，該方法可以包括以下步驟:
[0051]S201:檢測短路信號。
[0052]S202:判斷是否檢測到外管Ql或外管Q4的短路信號。
[0053]當檢測到外管Ql或外管Q4的短路信號時，進行S203，否則，結束。
[0054]S203:控制外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4硬關斷。
[0055]參見圖9所示，在本申請實施例中，可以通過設置在每個IGBT與MCU之間的控制開關，來分別對外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4進行硬關斷。類似步驟可以參見圖4中關於第一控制開關和第四控制開關的描述。
[0056]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護方法，在實現內管短路時保證對外管可以先於內管關斷的同時，還可以對外管出現的短路故障進行相應保護，提高三電平電路短路保護的可靠性。
[0057]又一個實施例:[0058]參見圖6所示，為本申請又一種三電平電路短路保護方法的流程示意圖，該方法可以包括以下步驟:
[0059]S301:檢測短路信號。
[0060]S302:判斷是否檢測到內管Q2或內管Q3的短路信號。
[0061]當檢測內內管Q2或內管Q3中任意一個的短路信號時，進行S303，否則，結束。
[0062]S303:生成原邊故障信號。
[0063]S304:分別向在外管Ql與MCU之間、內管Q2與MCU之間、內管Q3與MCU之間、外管Q4與MCU之間的控制開關發送所述原邊故障信號。
[0064]本申請實施例中，原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開。
[0065]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護方法，在每個IGBT與MCU之間都設置有控制開關，並且當內管出現短路故障時，控制所有IGBT與MCU之間的控制開關斷開，進而將外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4關斷。這種採用硬體關斷的方式與現有的採用MCU或其他控制器利用中斷去關斷外管相比，由於中斷存在不必要的中轉和邏輯判斷延遲，並且控制器通常設置在每個IGBT連接的隔離驅動電路較遠的距離，信號長距離傳輸，還會存在較大的延時，而本申請實施例提供的控制開關可以設置在距離每個IGBT連接的隔離驅動電路近的位置，所以該方法可以大大減少外管和內管關斷時的延時，使得外管和內管的關斷接近同時，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0066]通過以上的方法實施例的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本申請可藉助軟體加必需的通用硬體平臺的方式來實現，當然也可以通過硬體，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基於這樣的理解，本申請的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本申請各個實施例方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括:只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0067]又一個實施例:
[0068]圖7為本申請實施例還提供了一種三電平電路短路保護裝置的結構示意圖。
[0069]如圖7所示，圖中10為MCU，三電平電路中的四個IGBT分別為外管Ql、內管Q2、內管Q3和外管Q4，該三電平電路短路保護裝置包括:第一控制開關21、第四控制開關24、第二短路檢測電路42、第三短路檢測電路43、第一隔離驅動電路31、第二隔離驅動電路32、第三隔離驅動電路33、第四隔離驅動電路34和邏輯或電路50。
[0070]MCU產生驅動各個IGBT的驅動信號，用於驅動各個IGBT工作。
[0071]在每個IGBT與MCU之間都設置有一個控制開關和一個隔離驅動電路，如圖7所示，第一控制開關21、第四控制開關24分別與MCUlO的不同管腳相連接，第二短路檢測電路42與內管Q2相連接，檢測內管Q2的短路信號；第三短路檢測電路43與內管Q3相連接，檢測內管Q3的短路信號。
[0072]第一隔離驅動電路31串聯在第一控制開關21與外管Ql之間；第二隔離驅動電路32串聯在MCUlO與內管Q2之間，用於根據內管Q2的短路信號控制內管Q2進行軟關斷；第三隔離驅動電路33串聯在MCUlO與內管Q3之間，用於根據內管Q3的短路信號控制內管Q3進行軟關斷；第四隔離驅動電路34串聯在第四控制開關24與外管Q4之間。
[0073]在本申請實施例中，第二隔離驅動電路32和第三隔離驅動電路33可以分別採用帶有軟關斷功能的隔離驅動電路，例如ACPL332J等，還可以採用普通隔離驅動電路加上能夠在短路時使得內管Q2或內管Q3關斷變慢的延時電路一起作用，例如:
[0074]第二隔離驅動電路可以包括:第二隔離驅動晶片和第二延時電路，第二隔離驅動晶片用於根據內管Q2的短路信號生成關斷信號，第二延時電路用於根據關斷信號控制內管Q2進行軟關斷；第三隔離驅動電路可以包括:第三隔離驅動晶片和第三延時電路，第三隔離驅動晶片用於根據內管Q3的短路信號生成關斷信號，第三延時電路用於根據關斷信號控制內管Q3進行軟關斷。此外，在本申請其它實施例中，第二隔離驅動電路也可以直接採用具有軟關斷功能的晶片。
[0075]邏輯或電路50的輸入端與第二隔離驅動電路32、第三隔離驅動電路33相連接，輸出端與第一控制開關21、第四控制開關24相連接，邏輯或電路50用於根據第二隔離驅動電路或第三隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制第一控制開關21和第四控制開關24斷開，即無論內管Q2和內管Q3哪一個出現短路故障，邏輯或電路50都會控制第一控制開關21和第四控制開關24斷開。
[0076]本申請實施例提供的該保護裝置，檢測內管Q2或內管Q3的短路信號，第二隔離驅動電路32或第三隔離驅動電路33檢測到短路信號後，第二隔離驅動電路32或第三隔離驅動電路33不僅可以採用軟關斷的方式控制對應的內管關斷(第二隔離驅動電路32與第三隔離驅動電路33之間可以進行通信)，還可以產生原邊故障信號並發送給邏輯或電路50，邏輯或電路50根據原邊故障信號觸發生成故障信號輸出，變成控制第一控制開關21和第四控制開關24斷開的使能信號。另外，第二隔離驅動電路32或第三隔離驅動電路33檢測到短路信號後，還可以分別產生次邊故障信號，並將次邊故障信號發送給相應IGBT，進行關斷。
[0077]內管Q2、內管Q3的關斷延時大於或等於原邊故障信號發生到第一控制開關、第四控制開關的時延。如圖8所示，圖中為本申請實施例提供的該三電平電路短路保護裝置使用時內外管IGBT的關斷時序對比圖。圖中Tl為檢測到內管短路信號到產生原邊故障信號的延遲，T2為原邊故障信號產生後傳遞到控制開關，並且驅動控制開關斷開的延遲，可見，本申請實施例提供的該三電平電路短路保護裝置，在對內管進行軟關斷時，通過內管隔離驅動電路向原邊反饋短路信號去控制外管隔離驅動信號進行關斷，此時時延為Tl，如果無軟關斷，內管在這段Tl時間內已經達到接近關斷或關斷狀態，外管此時仍然處於開通狀態。而通過配置內管進行軟關斷，從而實現內管延後關斷，如圖相對無軟關的時延Tl，採用軟關斷後的時延T2有明顯的滯後，從而有充足的時間實現外管受到內管反饋短路信號關斷驅動時，內管仍然處於開通狀態，如圖所示，在延時T2後，外管驅動電壓甚至比內管還低，下降更快，從而實現外管與內管同時或外管提前內管先達到關斷狀態。
[0078]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護裝置，當檢測到內管Q2或內管Q3的短路信號時，可以對內管和外管分別進行關斷控制，並且對於內管Q2和內管Q3進行軟關斷，而對於外管Q1、外管Q4則直接硬關斷或同樣進行軟關斷，但內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延，保證外管可以先於內管關斷，從而無論是內管短路或者出現短路誤觸發，都能實現外管接近同步或領先內管先關的邏輯，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0079]又一個實施例:
[0080]圖9為本申請實施例還提供了另一種三電平電路短路保護裝置的結構示意圖。
[0081]如圖9所示，在圖7所示實施例的基礎上，該三電平電路短路保護裝置還可以包括:第一短路檢測電路41、第四檢測短路電路44、第二控制開關22和第三控制開關23。
[0082]第一短路檢測電路41與外管Ql相連接，檢測外管Ql的短路信號，第四短路檢測電路44與外管Q4相連接，檢測外管Q4的短路信號。
[0083]第二控制開關22和第三控制開關23分別與MCUlO的不同管腳相連接，第二控制開關22串聯在第二隔離驅動電路32與MCUlO之間，第三控制開關23串聯在第三隔離驅動電路33與MCUlO之間。
[0084]第一隔離驅動電路31根據外管Ql的短路信號生成原邊故障信號，第四隔離驅動電路34根據外管Q4的短路信號生成原邊故障信號，邏輯或電路50的輸入端與第一隔離驅動電路31、第四隔離驅動電路34相連接，輸出端與第二控制開關22、第三控制開關23相連接，邏輯或電路50根據第一隔離驅動電路31或第四隔離驅動電路34生成的原邊故障信號控制第一控制開關21、第二控制開關22、第三控制開關23和第四控制開關24斷開。
[0085]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護方法，在實現內管短路時保證對外管可以先於內管關斷的同時，還可以對外管出現的短路故障進行相應保護，提高三電平電路短路保護的可靠性。
[0086]又一個實施例:
[0087]本申請實施例還提供了 一種三電平電路短路保護裝置，參見圖9所示，該三電平電路短路保護裝置中可以包括:第一控制開關21、第二控制開關22、第三控制開關23、第四控制開關24、第一短路檢測電路41、第二短路檢測電路42、第三短路檢測電路43、第四短路檢測電路44、第一隔離驅動電路32、第二隔離驅動電路32、第三隔離驅動電路33、第四隔離驅動電路34和邏輯或電路50。
[0088]與上一實施例不同的是，在本申請實施例中，邏輯或電路50根據第一隔離驅動電路31、第二隔離驅動電路33、第三隔離驅動電路33或第四隔離驅動電路34生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關21、第二控制開關22、第三控制開關23和第四控制開關斷開24。在本申請實施例中，主要考慮的是內管Q2和內管Q3短路時的情況，所以，在圖9中，邏輯或電路50與第一隔離驅動電路與第四隔離驅動電路之間用虛線來表示。
[0089]本申請實施例提供的該三電平電路短路保護裝置，在每個IGBT與MCU之間都設置有控制開關，並且當內管出現短路故障時，控制所有IGBT與MCU之間的控制開關斷開，進而將外管Q1、內管Q2、內管Q3和外管Q4關斷。這種採用硬體關斷的方式與現有的採用MCU或其他控制器利用中斷去關斷外管相比，由於中斷存在不必要的中轉和邏輯判斷延遲，並且控制器通常設置在每個IGBT連接的隔離驅動電路較遠的距離，信號長距離傳輸，還會存在較大的延時，而本申請實施例提供的控制開關可以設置在每個IGBT連接的隔離驅動電路近距離的位置，所以該方法可以大大減少外管和內管關斷時的延時，使得外管和內管的關斷接近同時，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0090]又一個實施例:[0091]在上一實施例的基礎上，本申請實施例還提供了一種三電平電路，可以包括:微控制單元MCUlO、三電平電路短路保護裝置、外管Q1、外管Q4、內管Q2和內管Q3，關於三電平電路短路保護裝置詳細描述可參見上述實施例中的記載，在此不再贅述。
[0092]該三電平電路採用硬體關斷的方式可以大大減少外管和內管關斷時的延時，使得外管和內管的關斷接近同時，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0093]又一個實施例:
[0094]在本申請圖7所示實施例的基礎上，本申請實施例還提供了一種三電平電路，可以包括:微控制單元MCU10、如圖7所示的三電平電路短路保護裝置、外管Q1、外管Q4、內管Q2和內管Q3，關於三電平電路短路保護裝置詳細描述可參見上述圖7所示實施例中的記載，在此不再贅述。
[0095]該三電平電路由於內管Q2、內管Q3的關斷時延都大於或等於外管Q1、外管Q4的關斷時延，保證外管可以先於內管關斷，從而無論是內管短路或者出現短路誤觸發，都能實現外管接近同步或領先內管先關的邏輯，有效地避免內管先行關斷導致內管超壓的邏輯風險，增強三電平電路短路保護的可靠性。
[0096]可以理解的是，本申請可用於眾多通用或專用的計算系統環境或配置中。例如:個人計算機、伺服器計算機、手持設備或可攜式設備、平板型設備、多處理器系統、基於微處理器的系統、置頂盒、可編程的消費電子設備、網絡PC、小型計算機、大型計算機、包括以上任何系統或設備的分布式計算環境等等。
[0097]本申請可以在由計算機執行的計算機可執行指令的一般上下文中描述，例如程序模塊。一般地，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等等。也可以在分布式計算環境中實踐本申請，在這些分布式計算環境中，由通過通信網絡而被連接的遠程處理設備來執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可以位於包括存儲設備在內的本地和遠程計算機存儲介質中。
[0098]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0099]以上僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。
【權利要求】
1.一種三電平電路短路保護方法，其特徵在於，所述三電平電路中包含有第一外管、第一內管、第二內管和第二外管，所述方法包括: 檢測短路信號； 判斷是否檢測到所述第一內管或所述第二內管的短路信號； 當檢測所述第一內管或所述第二內管的短路信號時，控制所述第一內管和所述第二內管進行軟關斷； 控制所述第一外管和所述第二外管進行軟關斷或硬關斷，所述第一內管、第二內管的關斷時延都大於或等於所述第一外管、第二外管的關斷時延。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，控制第一外管和第二外管進行軟關斷或硬關斷，包括: 生成原邊故障信號； 將所述原邊故障信號分別向設置在所述第一外管與微控制單元MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開； 所述原邊故障信號發送到設置在所述第一外管與MCU之間的控制開關的時延和設置在所述第二外管與MCU之間的控制開關的時延為零，或者，都小於等於所述第一內管、第二內管進行軟關斷的時延。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括: 判斷是否檢測到所述第一外管或所述第二外管的短路信號； 當檢測內第一外管和/或第二外管的短路信號時，控制所述第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行硬關斷。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，控制第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行硬關斷，包括: 生成原邊故障信號； 分別向設置在所述第一外管與MCU之間、所述第一內管與MCU之間、所述第二內管與MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送所述原邊故障信號，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開。
5.一種三電平電路短路保護方法，所述三電平電路中包含有第一外管、第一內管、第二內管和第二外管，其特徵在於，包括: 檢測短路信號； 判斷是否檢測到所述第一內管或第二內管的短路信號； 當檢測所述第一內管或第二內管的短路信號時，生成原邊故障信號； 分別向設置在所述第一外管與MCU之間、所述第一內管與MCU之間、所述第二內管與MCU之間、所述第二外管與MCU之間的控制開關發送所述原邊故障信號，所述原邊故障信號用於控制所述控制開關斷開。
6.一種三電平電路短路保護裝置，其特徵在於，用於對三電平電路中的第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行短路保護，所述三電平電路受微控制單元MCU的原邊驅動信號工作，所述裝置包括: 第一控制開關、第四控制開關、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中，所述第二短路檢測電路與所述第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與所述第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號； 所述第一控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接； 所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間；所述第二隔離驅動電路串聯在所述MCU與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路串聯在所述MCU與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號控制所述第二內管進行軟關斷；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第二外管之間； 所述邏輯或電路的輸入端與第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第二隔離驅動電路或第三隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關和第四控制開關斷開； 所述第一內管、第二內管的關斷延時大於或等於所述原邊故障信號發生到所述第一控制開關、第四控制開關的時延。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述第二隔離驅動電路包括: 第二隔離驅動晶片和第二延時電路，所述第二隔離驅動晶片用於根據所述第一內管的短路信號生成關斷信號，所述第二延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第一內管進行軟關斷； 所述第三隔離驅動電路包括: 第三隔離驅動晶片和第三延 時電路，所述第三隔離驅動晶片用於根據所述第二內管的短路信號生成關斷信號，所述第三延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第二內管進行軟關斷。
8.根據權利要求6或7所述的裝置，其特徵在於，還包括:第一短路檢測電路、第四檢測短路電路、第二控制開關和第三控制開關，其中， 所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測所述第一外管的短路信號； 所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測所述第二外管的短路信號； 所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接； 所述第二控制開關串聯在所述第二隔離驅動電路與MCU之間； 所述第三控制開關串聯在所述第三隔離驅動電路與MCU之間； 所述第一隔離驅動電路根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號，所述第四隔離驅動電路根據所述第二外管的短路信號生成原邊故障信號，所述邏輯或電路的輸入端與所述第一隔離驅動電路、第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第二控制開關、第三控制開關相連接，所述邏輯或電路根據所述第一隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
9.一種三電平電路短路保護裝置，用於對三電平電路中的第一外管、第一內管、第二內管和第二外管進行短路保護，所述三電平電路受微控制單元MCU的原邊驅動信號工作，其特徵在於， 所述裝置包括:第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關、第一短路檢測電路、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第四短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中， 所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接； 所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測所述第一外管的短路信號；所述第二短路檢測電路與所述第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與所述第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號；所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測第二外管的短路信號； 所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間，用於根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述第二隔離驅動電路串聯在所述第二控制開關與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第三隔離驅動電路串聯在所述第三控制開關與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第一外管之間，用於根據所述第一外管的短路信號生成原邊故障信號； 所述邏輯或電路的輸入端與第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路和第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
10.一種三電平電路，其特徵在於，包括:微控制單元MCU、三電平電路短路保護裝置、第一外管、第二外管、第一內管和第二內管，其中， 所述三電平短路保護裝置分別與MCU的不同管腳相連接，所述第一外管、第二外管、第一內管和第二內管分別與三電平短路保護裝置相連接；所述MCU生成原邊驅動信號，所述三電平短路保護裝置根據所述原邊驅動信號控制第一外管、第二外管、第一內管和第二內管工作； 所述三電平電路短路保護裝置包括第一控制開關、第四控制開關、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中， 所述第二短路檢測電路與第一內管相連接，檢測所述第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與第二內管相連接，檢測所述第二內管的短路信號； 所述第一控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接； 所述第一隔離驅動電路串聯在所述第一控制開關與第一外管之間；所述第二隔離驅動電路串聯在所述MCU與第一內管之間，用於根據所述第一內管的短路信號控制所述第一內管進行軟關斷；所述第三隔離驅動電路串聯在MCU與第二內管之間，用於根據所述第二內管的短路信號控制所述第二內管進行軟關斷；所述第四隔離驅動電路串聯在所述第四控制開關與第二外管之間； 所述邏輯或電路的輸入端與第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據所述第二隔離驅動電路或第三隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關和第四控制開關斷開； 所述第一內管、第二內管的關斷延時大於或等於所述原邊故障信號發生到第一控制開關、第四控制開關的時延。
11.根據權利要求10所述的電路，其特徵在於，所述第二隔離驅動電路包括:第二隔離驅動電路和第二延時電路，所述第二隔離驅動電路用於根據所述第一內管的短路信號生成關斷信號，所述第二延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第一內管進行軟關斷； 所述第三隔離驅動電路包括:第三隔離驅動電路和第三延時電路，第三隔離驅動電路和延時電路，所述第三隔離驅動電路用於根據所述第二內管的短路信號生成關斷信號，所述第三延時電路用於根據所述關斷信號控制所述第二內管進行軟關斷。
12.—種三電平電路，其特徵在於，包括:微控制單元MCU、三電平電路短路保護裝置、第一外管、第二外管、第一內管和第二內管，其中， 所述三電平短路保護裝置分別與MCU的不同管腳相連接，所述第一外管、第二外管、第一內管和第二內管分別與三電平短路保護裝置相連接；所述MCU生成原邊驅動信號，所述三電平短路保護裝置根據所述原邊驅動信號控制第一外管、第二外管、第一內管和第二內管工作； 所述三電平電路短路保護裝置包括第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關、第一短路檢測電路、第二短路檢測電路、第三短路檢測電路、第四短路檢測電路、第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路、第四隔離驅動電路和邏輯或電路，其中， 所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關分別與MCU的不同管腳相連接； 所述第一短路檢測電路與第一外管相連接，檢測第一外管的短路信號；所述第二短路檢測電路與第一內管相連接，檢測第一內管的短路信號；所述第三短路檢測電路與第二內管相連接，檢測第二內管的短路信號；所述第四短路檢測電路與第二外管相連接，檢測第二外管的短路信號； 所述第一隔離驅動電路串聯在第一控制開關與第一外管之間，用於根據第一外管的短路信號生成原邊故障信號；所述第二隔離驅動電路串聯在第二控制開關與第一內管之間，用於根據第一內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第三隔離驅動電路串聯在第三控制開關與第二內管之間，用於根據第二內管的短路信號生成原邊故障信號；所述第四隔離驅動電路串聯在第四控制開關與第一外管之間，用於根據第一外管的短路信號生成原邊故障信號; 所述邏輯或電路的輸入端與第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路和第四隔離驅動電路相連接，輸出端與所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關、第四控制開關相連接，所述邏輯或電路用於根據第一隔離驅動電路、第二隔離驅動電路、第三隔離驅動電路或第四隔離驅動電路生成的原邊故障信號控制所述第一控制開關、第二控制開關、第三控制開關和第四控制開關斷開。
【文檔編號】H02M7/483GK103618293SQ201310616960
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】伍永華 申請人:華為技術有限公司