一种IGBT模块的状态检测系统的制作方法

一种igbt模块的状态检测系统
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种igbt模块的状态检测系统。


背景技术：

2.经过长期发展，我国已成为世界上最大的能源生产国和能源消费国。目前，我国的能源来源主要是水电、核电、太阳能、风电、天然气、煤炭等。根据国家统计局数据，2020年我国煤炭消费量占能源消费总量的56.8％，所占比重比上一年再下降0.9％，与此同时，在我国“双碳”战略提出后，清洁电力生产比重逐年提高，2021年前三季度，规模以上工业水电、核电、风电、太阳能发电等一次电力生产占全部发电量比重为29.2％，比上年同期提高0.9个百分点，而随着清洁能源消耗占比的逐渐提高，储能、逆变器、ups行业迎来了快速发展时期。
3.在储能、逆变器、ups行业中，半导体器件igbt模块是行业产品中的核心元器件，同时也是最容易损坏或损伤的元器件。一旦igbt模块损坏，则将导致整个系统无法再正常工作，这对于一些用电要求高的场合而言，无疑是致命的，而如果已经受到损伤的igbt模块仍然照常工作，则会大大降低整个系统的可靠性，因此需要对igbt模块的损坏状态或者损伤状态进行实时检测。
4.以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明提供一种igbt模块的状态检测系统，以解决现有技术的不足。
6.为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
7.一种igbt模块的状态检测系统，所述系统包括驱动功率检测模块和控制中心；其中，
8.所述驱动功率检测模块连接在驱动电源模块与电源隔离模块之间，所述电源隔离模块与igbt模块连接，所述控制中心与所述驱动功率检测模块的输出端连接；
9.所述驱动功率检测模块用于检测所述驱动电源模块提供给所述igbt模块的驱动功率；
10.所述控制中心用于在接收到所述驱动功率后生成所述igbt模块的状态检测结果。
11.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述驱动功率检测模块包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和运算放大器u1；
12.所述第一电阻r1串联在所述驱动电源模块与所述电源隔离模块之间；
13.所述第二电阻r2的一端连接在所述第一电阻r1与所述驱动电源模块之间，所述第二电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的正输入端连接；
14.所述第三电阻r3的一端连接在所述第一电阻r1与所述电源隔离模块之间，所述第二电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的负输入端连接；
15.所述运算放大器u1的正输入端通过所述第四电阻r4接，所述运算放大器u1的负输入端接地，所述运算放大器u1的输出端与所述控制中心连接；
16.所述第五电阻r5的一端连接在所述运算放大器u1的输出端与所述控制中心之间，所述第五电阻r5的另一端连接在所述运算放大器u1的负输入端与地之间。
17.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述运算放大器u1的输出端与所述控制中心中的数字信号处理器的ad口连接。
18.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述系统还包括第一n选一数据选择器u2和第一模拟开关sw1；
19.所述第一n选一数据选择器u2的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块的输出端连接；
20.所述第一n选一数据选择器u2的en端口与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接；
21.所述第一n选一数据选择器u2的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心中的数字信号处理器的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
22.所述第一模拟开关sw1的输入端与所述第一n选一数据选择器u2的uout端口连接，所述第一模拟开关sw1的输出端与所述控制中心中的数字信号处理器的ad端口连接，所述第一模拟开关sw1的en端口与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接。
23.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述第一n选一数据选择器u2为八选一数据选择器。
24.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述系统还包括第一n选一数据选择器u2、第二n选一数据选择器u3、第一模拟开关sw1、第二模拟开关sw2、第一非门和第二非门；
25.所述第一n选一数据选择器u2的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块的输出端连接；
26.所述第二n选一数据选择器u3的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块的输出端连接；
27.所述第一n选一数据选择器u2的en端口与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接；
28.所述第二n选一数据选择器u3的en端口与所述第一非门的输出端连接，所述第一非门的输入端与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接；
29.所述第一n选一数据选择器u2的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心中的数字信号处理器的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
30.所述第二n选一数据选择器u3的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心中的数字信号处理器的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
31.所述第一模拟开关sw1的输入端与所述第一n选一数据选择器u2的uout端口连接，所述第一模拟开关sw1的输出端与所述控制中心中的数字信号处理器的ad端口连接，所述第一模拟开关sw1的en端口与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接；
32.所述第二模拟开关sw2的输入端与所述第二n选一数据选择器u3的uout端口连接，所述第二模拟开关sw2的输出端与所述控制中心中的数字信号处理器的ad端口连接，所述
第二模拟开关sw2的en端口与所述第二非门的输出端连接，所述第二非门的输入端与所述控制中心中的数字信号处理器的第一i/o端口连接。
33.进一步地，所述igbt模块的状态检测系统中，所述第一n选一数据选择器u2和第二n选一数据选择器u3均为八选一数据选择器。
34.与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
35.本发明实施例提供的一种igbt模块的状态检测系统，通过对驱动电源模块提供给igbt模块的驱动功率进行检测，可确定igbt模块是否处于损坏状态或者损伤状态，对保障系统的可靠性具有重要意义，适于大范围推广应用。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
37.图1是现有技术中igbt模块驱动电路的电路原理结构示意图；
38.图2是本发明实施例提供的一种igbt模块的状态检测系统的电路原理结构示意图；
39.图3是本发明实施例提供的驱动功率检测模块的电路原理结构示意图；
40.图4是本发明实施例提供的两个八选一数据选择器的电路原理结构示意图。
41.附图标记：
42.驱动功率检测模块1，控制中心2，驱动电源模块3，电源隔离模块4，igbt模块5，pwm驱动模块6，光耦隔离模块7。
具体实施方式
43.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
45.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
46.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
47.实施例一
48.有鉴于上述现有技术存在的缺陷，本技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有
技术中缺陷的技术，使得igbt模块的损坏状态或者损伤状态能够被及时检测出来。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
49.请参考图1所，现有的igbt模块驱动电路包括驱动电源模块3、电源隔离模块4、igbt模块5、pwm驱动模块6和光耦隔离模块7，其中，所述驱动电源模块3提供所述igbt模块5需要的驱动功率，所述电源隔离模块4是将所述驱动电源模块3进行完全的电气隔离，以接入到所述igbt模块5侧，所述pwm驱动模块6提供所述igbt模块5开关需要的调制波，所述光耦隔离模块7是将所述pwm驱动模块6进行完全的电气隔离，以接入到所述igbt模块5侧，然后隔离后的所述驱动电源模块3和隔离后的所述pwm驱动模块6一起接入到所述igbt模块5，以驱动所述igbt模块5工作。由于所述igbt模块5工作所需的驱动功率完全由所述驱动电源模块3提供，而申请人又发现当所述igbt模块5出现损坏、损伤或者老化等异常时，所述igbt模块5工作所需的驱动功率会发生异常，即驱动功率偏离正常范围，所以申请人提出一种igbt模块的状态检测系统，通过对所述igbt模块5工作所需的驱动功率进行检测，使得能够知悉所述igbt模块5是否出现异常，从而能够及时对出现异常的所述igbt模块5进行处理，比如通过对外发出告警的方式提醒工作人员进行维修或更换。
50.请参考图2-4，本发明实施例提供的一种igbt模块的状态检测系统包括驱动功率检测模块1和控制中心2；其中，
51.所述驱动功率检测模块1连接在驱动电源模块3与电源隔离模块4之间，所述电源隔离模块4与igbt模块5连接，所述控制中心2与所述驱动功率检测模块1的输出端连接；
52.所述驱动功率检测模块1用于检测所述驱动电源模块3提供给所述igbt模块5的驱动功率；
53.所述控制中心2用于在接收到所述驱动功率后生成所述igbt模块5的状态检测结果。
54.需要说明的是，如前所述，当所述igbt模块5出现损坏、损伤或者老化等异常时，所述igbt模块5工作所需的驱动功率会偏离正常范围，所以实际上所述驱动功率检测模块1检测到的驱动功率是非正常的，此时所述控制中心2只要将检测到的驱动功率与预设的正常范围进行对比，就可以知道检测到的驱动功率没有落在预设的正常范围内，从而就能得出所述igbt模块5处于损坏或者损伤状态的检测结果。
55.在本实施例中，所述驱动功率检测模块1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和运算放大器u1；其中，所述第二电阻r2和所述第三电阻r3阻值相同，所述第四电阻r4和所述第五电阻r5阻值相同；
56.所述第一电阻r1串联在所述驱动电源模块3与所述电源隔离模块4之间；
57.所述第二电阻r2的一端连接在所述第一电阻r1与所述驱动电源模块3之间，所述第二电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的正输入端连接；
58.所述第三电阻r3的一端连接在所述第一电阻r1与所述电源隔离模块4之间，所述第二电阻r2的另一端与所述运算放大器u1的负输入端连接；
59.所述运算放大器u1的正输入端通过所述第四电阻r4接，所述运算放大器u1的负输入端接地gnd，所述运算放大器u1的输出端uout与所述控制中心2连接；
60.所述第五电阻r5的一端连接在所述运算放大器u1的输出端uout与所述控制中心2之间，所述第五电阻r5的另一端连接在所述运算放大器u1的负输入端与地gnd之间。
61.需要说明的是，所述驱动电源模块3输出的 vcc经过所述第一电阻r1后变成 vcc_out送到所述电源隔离模块4的输入端，所述第一电阻r1将电流信号转换为电压信号后，进行对所述igbt模块5工作所需的驱动功率的检测。整个驱动功率检测模块1实际为一个差分放大器，其中，所述运算放大器u1用于对电压信号进行放大，r2、r3、r4、r5用于调节电压信号放大的比例，所述运算放大器u1的输出端uout输出电压信号送给所述控制中心2，所述控制中心3接收到检测的电压信号后，比较确认该电压信号是否在预设的合理范围内，如果不在范围内，则表示所述igbt模块5可能损坏、损伤或者老化严重，则所述控制中心2及时对外发出告警，告知工作人员及时进行更换。
62.如果流过所述第一电阻r1的电流为i，则uout和r1的关系表达式为：
[0063][0064]
当然，由于r2＝r3，r4＝r5，所以上式也可变换为：
[0065][0066]
在本实施例中，所述运算放大器u1的输出端uout与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的ad(模拟数字转换)口连接。
[0067]
需要说明的是，在实际应用中，所述驱动功率检测模块1的输出端uout输出的电压信号为模拟量信号，由于所述控制中心2的数字信号处理器dsp中的ad口的数量是有限的，且资源也很紧张，因而不可能每一个ad口都只去采样一个所述igbt模块1，而且在一个设备系统中，我们往往需要使用很多数量的所述igbt模块1，这就要求数字信号处理器dsp在ad口有限的资源下，必须要采样到所有的所述igbt模块1。通常情况下，数字信号处理器dsp的ad口一般有快速的实时采样，同时也有速度很慢的采样，其中快速的实时采样要求被实时采样的信号单独使用一个ad口，而慢速采样则由于对速度处理要求不高，因而可以让多个慢速采样共用一个ad口，这样，就可以使得数字信号处理器dsp在ad口资源有限的条件下，完成对整个系统所有的所述igbt模块1的检测。
[0068]
具体的，对于多个慢速采样共用一个ad口的情况，本技术是通过增加数据选择器实现的，多个慢速采样通过数据选择器后，送到1个ad采样口，这样1个ad口就可以检测多个所述igbt模块1，即可以满足检测要求。
[0069]
在一种实施方式中，增加的数据选择器为一个，即所述系统还包括第一n选一数据选择器u2和第一模拟开关sw1；
[0070]
所述第一n选一数据选择器u2的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块1的输出端连接；
[0071]
所述第一n选一数据选择器u2的en端口与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口连接；
[0072]
所述第一n选一数据选择器u2的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
[0073]
所述第一模拟开关sw1的输入端与所述第一n选一数据选择器u2的uout端口连接，所述第一模拟开关sw1的输出端与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的ad端口连接，所述第一模拟开关sw1的en端口与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口
连接。
[0074]
优选地，所述第一n选一数据选择器u2为八选一数据选择器。
[0075]
需要说明的是，如果实际应用中，使用了一个八选一数据选择器后仍然出现ad口资源不够的情况，则可以使用两个或多个八选一数据选择器，以两个八选一数据选择器为例，通过简单的逻辑变换，即可以完成一个ad口对十六个所述igbt模块1进行采样，即：
[0076]
在另一种实施方式中，所述系统还包括第一n选一数据选择器u2、第二n选一数据选择器u3、第一模拟开关sw1、第二模拟开关sw2、第一非门和第二非门；
[0077]
所述第一n选一数据选择器u2的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块1的输出端连接；
[0078]
所述第二n选一数据选择器u3的n个输入端口分别与一个所述驱动功率检测模块1的输出端连接；
[0079]
所述第一n选一数据选择器u2的en端口与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口连接；
[0080]
所述第二n选一数据选择器u3的en端口与所述第一非门的输出端连接，所述第一非门的输入端与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口连接；
[0081]
所述第一n选一数据选择器u2的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
[0082]
所述第二n选一数据选择器u3的s0端口、s1端口、s2端口分别与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第二i/o端口、第三i/o端口和第四i/o端口连接；
[0083]
所述第一模拟开关sw1的输入端与所述第一n选一数据选择器u2的uout端口连接，所述第一模拟开关sw1的输出端与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的ad端口连接，所述第一模拟开关sw1的en端口与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口连接；
[0084]
所述第二模拟开关sw2的输入端与所述第二n选一数据选择器u3的uout端口连接，所述第二模拟开关sw2的输出端与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的ad端口连接，所述第二模拟开关sw2的en端口与所述第二非门的输出端连接，所述第二非门的输入端与所述控制中心2中的数字信号处理器dsp的第一i/o端口连接。
[0085]
优选地，所述第一n选一数据选择器u2和第二n选一数据选择器u3均为八选一数据选择器。
[0086]
需要说明的是，所述第一n选一数据选择器u2和第二n选一数据选择器u3为两个八选一数据选择器，图4中，uout1-uout16为十六个所述igbt模块1对应输出的驱动功率信号，en端口为数据选择器的使能控制端口，uout端口为数据选择器的信号输出端口，vcc和gnd为数据选择器的电源端口，s0端口、s1端口、s2端口为数据选择器的in0-in7通道的选择控制信号端口。所述第一模拟开关sw1、第二模拟开关sw2分别为一个开关装置，en端口为其使能控制端口，当使能有效时，开关的左右两端接通。
[0087]
所述控制中心2的数字信号处理器dsp的其中一个i/o，即第一i/o端口用于输出片选信号cs，cs信号连接所述第一模拟开关sw1和所述第一n选一数据选择器u2的使能端口，即en端口，同时cs经过一个非门接入所述第一模拟开关sw1的使能en端口，经过另一个非门接入所述第一n选一数据选择器u2的使能en端口。
[0088]
如果所述第一n选一数据选择器u2的en端口和所述第一模拟开关sw1的en端口是高电平有效，则当数字信号处理器dsp发送的cs信号为高电平时，所述第一n选一数据选择器u2和所述第一模块开关sw1工作，而所述第二n选一数据选择器u3和所述第二模块开关sw2不工作，数字信号处理器dsp的ad口此时接收的是uout1-uout8的数据；而当数字信号处理器dsp发送的cs信号为低电平时，所述第一n选一数据选择器u2和所述第一模块开关sw1不工作，所述第二n选一数据选择器u3和所述第二模块开关sw2开始工作，数字信号处理器dsp的ad口此时接收的是uout9-uout16的数据；这样就完成了1个ad口对十六个所述igbt模块1的数据采样工作。
[0089]
尽管本文中较多的使用了驱动功率检测模块、控制中心、第一电阻、第二电阻等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
[0090]
本发明实施例提供的一种igbt模块的状态检测系统，通过对驱动电源模块提供给igbt模块的驱动功率进行检测，可确定igbt模块是否处于损坏状态或者损伤状态，对保障系统的可靠性具有重要意义，适于大范围推广应用。
[0091]
至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
[0092]
提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
[0093]
在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
[0094]
当元件或者层称为是“在
……
上”、“与
……
接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在
……
上”、“与
……
直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”和“直接在
……
之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、
层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
[0095]
空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在
……
的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在
……
的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。