專利名稱：一種過電流保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過電流保護(hù)的方法，特別涉及功率半導(dǎo)體器件的過流保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的變換系統(tǒng)中，通常包含IGBT、IGCT等功率半導(dǎo)體器件，為了避免這些元 件過流損壞，需要設(shè)計(jì)過流保護(hù)裝置。傳統(tǒng)的過電流保護(hù)裝置一般包括電流采樣轉(zhuǎn)換單元、 電流比較單元、保護(hù)動(dòng)作單元等單元。電流比較單元將電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值，與 整定的過電流閾值點(diǎn)進(jìn)行比較，當(dāng)電流達(dá)到閾值時(shí)，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作單元，對(duì)IGBT等功率半 導(dǎo)體器件進(jìn)行保護(hù)，使其禁止工作，達(dá)到保護(hù)目的。而功率半導(dǎo)體器件的過電流能力通常與 其當(dāng)前內(nèi)部的結(jié)溫等有密切關(guān)系，即結(jié)溫低時(shí)，其瞬時(shí)過電流能力強(qiáng)；而結(jié)溫高時(shí)，其瞬時(shí) 過電流能力弱。在上述的保護(hù)方式中，由于未考慮該因素，當(dāng)整定電流閾值過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 不能可靠的進(jìn)行過電流保護(hù)；而整定電流閾值過小則不能充分利用該功率半導(dǎo)體器件的過 電流能力。例如某一開關(guān)元件冷態(tài)時(shí)的瞬時(shí)過電流能力為300A，而長時(shí)間不間斷通過電 流的極限能力為150A，若將上述電流閾值整定為300A，則可以確保冷態(tài)時(shí)電流超過300A時(shí) 能夠有效保護(hù)，但是如果該功率半導(dǎo)體器件已經(jīng)不間斷通過150A電流2小時(shí)后，其結(jié)溫已 經(jīng)接近極限情況了，此時(shí)，其通過180A的過電流將導(dǎo)致其過流損壞，因此導(dǎo)致上述整定的 300A電流閾值不能可靠保護(hù)，而整定值設(shè)為180A又不能充分利用其冷態(tài)時(shí)的過電流能力。 由上例可知，若按照上述公知的不得過流保護(hù)方式，在充分利用功率半導(dǎo)體器件過流能力 以及可靠地保護(hù)兩方面不能同時(shí)兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可靠性高，且對(duì)功率半導(dǎo)體器件過電流 能力的利用率顯著增強(qiáng)的過電流保護(hù)方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種過電流保護(hù)方法，包括電流采樣轉(zhuǎn)換單元、電流比較單元、保護(hù)動(dòng)作單 元，還包括對(duì)過電流閾值點(diǎn)Ic 進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過電流閾值運(yùn)算單元，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換 單元輸出的電流值I作為上述過電流閾值運(yùn)算單元的一個(gè)輸入量I1,過電流閾值運(yùn)算單元 對(duì)輸入量I1進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整得到一個(gè)輸出量I2作為電流閾值點(diǎn)I ，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換單 元輸出的電流值I作為電流比較單元的輸入量Ic與動(dòng)態(tài)調(diào)整過的電流閾值點(diǎn)Icm輸入上述 電流比較單元進(jìn)行比較，當(dāng)電流Ic達(dá)到閾值點(diǎn)Iai時(shí)，觸發(fā)上述保護(hù)動(dòng)作單元進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)選地，所述的輸出量I2是隨其輸入I1以及時(shí)間t變化的非常數(shù)函數(shù)I2 = f (I1, t)。優(yōu)選地，所述的I2 = f (I1, t)由復(fù)合函數(shù)I2 = H(Zdpt))給出，且有H(Z)為Z的 單調(diào)減函數(shù)，即有，其中Z為被保護(hù)對(duì)象的溫升?！?= g(Z, I1)-s(Z)優(yōu)選地，所述的Z由狀態(tài)方程力來確定，其中g(shù)為該時(shí)刻的由于
^ L·。二 Z0
電流I1引起的被保護(hù)對(duì)象的損耗，S為該時(shí)刻t所對(duì)應(yīng)的被保護(hù)對(duì)象的散熱，Ztl為t =、 時(shí)刻溫升的初始值。本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了被保護(hù)對(duì)象的電流閾值的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而 保證在不損害被保護(hù)對(duì)象的前提下，充分利用被保護(hù)對(duì)象的過電流能力。


圖1所示為本發(fā)明的原理框圖。圖2所示為本發(fā)明的過電流閾值運(yùn)算單元運(yùn)算框圖。圖3所示為本發(fā)明的運(yùn)算實(shí)例框圖。圖4所示為本發(fā)明保護(hù)對(duì)象的結(jié)溫溫升Z和通過電流t的曲線圖。圖5所示為本發(fā)明保護(hù)對(duì)象的結(jié)溫溫升Z和電流閾值I2的曲線圖。
具體實(shí)施例方式為了使公眾能充分了解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，但申請(qǐng)人對(duì)實(shí)施例的描述不是對(duì)技術(shù)方案的限制，任 何依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作形式而非實(shí)質(zhì)的變化都應(yīng)當(dāng)視為發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3，一種過電流保護(hù)裝置，包括電流采樣轉(zhuǎn)換單元、電流比較單 元、保護(hù)動(dòng)作單元，還包括對(duì)過電流閾值點(diǎn)Iqi進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過電流閾值運(yùn)算單元，上述 過電流閾值運(yùn)算單元至少包含一個(gè)輸入量I1，其通過運(yùn)算產(chǎn)生至少一個(gè)輸出量12。本發(fā)明一種過電流保護(hù)方法如下電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I，一路作為 上述過電流閾值運(yùn)算單元的一個(gè)輸入量I1，過電流閾值運(yùn)算單元對(duì)I1進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整得到一 個(gè)輸出量I2作為電流閾值點(diǎn)1 ，輸出量I2是隨其輸入I1以及時(shí)間t變化的非常數(shù)函數(shù)I2 =f(Ii;t)。電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I的另一路Ic與動(dòng)態(tài)調(diào)整過的電流閾值點(diǎn)Icm 輸入電流比較單元進(jìn)行比較，當(dāng)電流Ic達(dá)到閾值點(diǎn)Io1時(shí)，電流比較單元給出一輸出量Ftj， Ftj輸入保護(hù)動(dòng)作單元，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作單元進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電流Ie未達(dá)到閾值點(diǎn)Icm時(shí)，電流比 較單元沒有輸出。上述所述的I2 = f(Ii;t)可由復(fù)合函數(shù)I2 = H(Zdpt))給出，且有H(Z)為Z的
單調(diào)減函數(shù)，即有，其中Z為被保護(hù)對(duì)象的溫升。 dz
— = g{Z,Ix)-s{Z)所述的Z由狀態(tài)方程冶來確定，其中g(shù)為該時(shí)刻的由于電流I1
^ U0 = ^o
引起的被保護(hù)對(duì)象的損耗，s為該時(shí)刻t所對(duì)應(yīng)的被保護(hù)對(duì)象的散熱，Z0為t = t0時(shí)刻溫 升的初始值。請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明保護(hù)對(duì)象通過一定的電流I1B，其結(jié)溫溫升Z和時(shí)間t的曲線 圖，其中，呈現(xiàn)明顯的關(guān)系是隨著通過的電流的時(shí)間t的增加，保護(hù)對(duì)象的結(jié)溫溫升Z也增加趨勢。請(qǐng)參閱圖5所示為本發(fā)明保護(hù)對(duì)象的結(jié)溫溫升Z和電流閾值I2的曲線圖。其中， 也呈現(xiàn)明顯的關(guān)系是隨著保護(hù)對(duì)象的結(jié)溫溫升Z也增加，電流閾值I2的減少趨勢。本發(fā)明通過查詢保護(hù)對(duì)象的技術(shù)參數(shù)，可以獲得長時(shí)間不間斷通過電流的極限能 力為150A，冷態(tài)時(shí)的瞬時(shí)過電流能力為300A，被保護(hù)對(duì)象的過流電能力如上述圖4、5所示 的規(guī)律，如上述圖4所示，在B點(diǎn)時(shí)，通的電流為Iib，獲得結(jié)溫溫升為Zb，此結(jié)溫溫升Zb，通 過查詢圖5，獲得此時(shí)刻的電流閾值I2 = I2b，顯然此刻的電流閾值小于冷態(tài)時(shí)的瞬時(shí)過電 流能力3OOA。
— = g(Z, I1)-s(Z)Z由狀態(tài)方程論得到，
^ Ui0 = Z0即保護(hù)對(duì)象的溫升由Zn = Z^+gXO. Ol-sXO. 01運(yùn)算公式得到，其中g(shù)和s，為被 保護(hù)對(duì)象的損耗和散熱，g^K.xI^g = K2XZlri 則Zn = Z _! +^1X J12 χ0.01-Κ2χ Ζ _! χ 0.01η為運(yùn)算次數(shù)，η e (1，2，3……)，K1 = 0. 0001279，K2 = 2. 8768本發(fā)明一實(shí)施例Zfflax = 1，代表被保護(hù)對(duì)象的最大溫升的標(biāo)么值(即100%最大允許溫升)某一時(shí)刻η = 5，Z4 = 0. 982，I1 = 160Α此時(shí)刻的溫升標(biāo)幺值為Z5 = Z4 +TsT1Z12 χ 0.01- K2Z4 χ 0.01Z5 = 0 . 98 2+ (0 . 000 1 2 79 X 1602_2· 8768Χ0. 6) X0. OlZ5 ^ 0. 9975此時(shí)刻的剩余的溫升標(biāo)幺值為Z' = {Zmax _Zs 'Zmax>ZsZ' = 1-0. 9975 = 0. 0025則計(jì)算當(dāng)前的閾值ICM、I2
「一 ι r r /Z'+0.0287775I =I2= J-
CM 2 V 夂 X 0.001
「 1 r r /0.0025 + 0.0287775Iru = L =J- 156.4ν4
CM 2 ν 0.001279x0.001將Icm = I2 = 156. 4A作為電流比較單元一輸入量，輸入電流I1 = 160A作為電流 比較單元另一輸入量Ic，將Ic與動(dòng)態(tài)調(diào)整過的電流閾值點(diǎn)1 輸入電流比較單元進(jìn)行比較， 由此可見Ie > Icm,電流比較單元給出一輸出量Ftj，F(xiàn)tj輸入保護(hù)動(dòng)作單元，觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作單 元進(jìn)行保護(hù)。
權(quán)利要求
一種過電流保護(hù)方法，包括電流采樣轉(zhuǎn)換單元、電流比較單元、保護(hù)動(dòng)作單元，其特征在于還包括對(duì)過電流閾值點(diǎn)ICM進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過電流閾值運(yùn)算單元，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I作為上述過電流閾值運(yùn)算單元的一個(gè)輸入量I1，過電流閾值運(yùn)算單元對(duì)輸入量I1進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整得到一個(gè)輸出量I2作為電流閾值點(diǎn)ICM，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I作為電流比較單元的輸入量IC與動(dòng)態(tài)調(diào)整過的電流閾值點(diǎn)ICM輸入上述電流比較單元進(jìn)行比較，當(dāng)電流IC達(dá)到閾值點(diǎn)ICM時(shí)，觸發(fā)上述保護(hù)動(dòng)作單元進(jìn)行保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種過電流保護(hù)方法，其特征在于所述的輸出量I2是隨其輸 入I1以及時(shí)間t變化的非常數(shù)函數(shù)I2 = f (I1, t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種過電流保護(hù)方法，其特征在于所述的I2= f (I1, t)由復(fù)合函數(shù) 給出，且有H(Z)為Z的單調(diào)減函數(shù)，即有，其中Z為被 保護(hù)對(duì)象的溫升。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種過電流保護(hù)方法，其特征在于所述的Z由狀態(tài)方程 - = g{ZJx)-s{Z) 來確定，其中g(shù)為該時(shí)刻的由于電流I1引起的被保護(hù)對(duì)象的損耗，s為 該時(shí)刻t所對(duì)應(yīng)的被保護(hù)對(duì)象的散熱，Ztl為t =、時(shí)刻溫升的初始值。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種過電流保護(hù)方法，包括電流采樣轉(zhuǎn)換單元、電流比較單元、保護(hù)動(dòng)作單元，還包括對(duì)過電流閾值點(diǎn)ICM進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的過電流閾值運(yùn)算單元，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I作為上述過電流閾值運(yùn)算單元的一個(gè)輸入量I1，過電流閾值運(yùn)算單元對(duì)輸入量I1進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整得到一個(gè)輸出量I2作為電流閾值點(diǎn)ICM，將上述電流采樣轉(zhuǎn)換單元輸出的電流值I作為電流比較單元的輸入量IC與動(dòng)態(tài)調(diào)整過的電流閾值點(diǎn)ICM輸入上述電流比較單元進(jìn)行比較，當(dāng)電流IC達(dá)到閾值點(diǎn)ICM時(shí)，觸發(fā)上述保護(hù)動(dòng)作單元進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了被保護(hù)對(duì)象的電流閾值的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而保證在不損害被保護(hù)對(duì)象的前提下，充分利用被保護(hù)對(duì)象的過電流能力。
文檔編號(hào)H02H3/08GK101931206SQ20101026353
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者唐雪峰, 李志鵬, 李福 , 潘振克, 王峰, 陸曉峰, 顧建亭, 黃曉銘 申請(qǐng)人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)