一种逆变器的保护装置、变频器及其保护方法与流程

本发明属于逆变器，具体涉及一种逆变器的保护装置、变频器及其保护方法，尤其涉及一种应用于大功率变频器的逆变器中igbt短路自适应软关断装置、变频器及其保护方法。该变频器涉及电力供应。

背景技术：

1、在变频器（如大功率变频器）中，逆变器采用绝缘栅双极晶体管（insulate-gatebipolar transistor，igbt）作为功率开关器件，igbt的短路保护在大功率变频器应用中十分重要，若是无法及时有效保护，可能会导致器件（即igbt）失效。而相关方案中，针对igbt短路保护的可靠性较低。该变频器涉及电力供应。

2、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种逆变器的保护装置、变频器及其保护方法，以解决相关方案中针对变频器（如大功率变频器）中igbt短路保护的可靠性较低的问题，达到通过针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中的igbt，设置igbt驱动电路和igbt故障控制电路，识别短路类型（如识别一类短路和二类短路来实现不同的软关断方式），并针对不同的短路类型分阶段控制igbt关断，实现对igbt的短路保护，提高igbt保护可靠性的效果。该变频器涉及电力供应。

2、本发明提供一种逆变器的保护装置，所述逆变器具有igbt模块，所述igbt模块具有igbt管、以及所述igbt管的驱动芯片；所述逆变器的保护装置，包括：驱动控制单元、切换控制单元和主控单元；其中，所述igbt管的驱动芯片，用于在所述主控单元的控制下，发出所述igbt管的驱动信号；以及，根据所述逆变器的过流检测信号，输出所述igbt管的故障信号；所述切换控制单元，用于根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述驱动控制单元，以使所述驱动控制单元选择所述igbt管的驱动电阻大小；所述驱动控制单元，用于基于所述igbt管的驱动信号，并在所述切换控制单元的控制下，调整所述igbt管的驱动电阻大小，控制所述igbt管导通或关断，实现对所述igbt管的短路保护。

3、在一些实施方式中，所述驱动控制单元，包括：推挽模块、驱动电阻选择模块和栅极电容模块；其中，所述igbt管的驱动信号的输入端，经所述推挽模块和所述驱动电阻选择模块后，连接至所述igbt管的栅极；所述栅极电容模块，连接在所述igbt管的栅极与所述igbt管的发射极之间；所述驱动电阻选择模块，用于在所述切换控制单元的控制下，选择所述igbt管的驱动电阻大小。

4、在一些实施方式中，所述推挽模块，包括：第一基极电阻模块、第一开关管模块和第二开关管模块；其中，所述igbt管的驱动信号的输入端，经所述第一基极电阻模块后分别连接至所述第一开关管模块的控制端和所述第二开关管模块的控制端；预设的第一直流电源连接至所述第一开关管模块的第一连接端，预设的第二直流电源连接至所述第二开关管模块的第一连接端，所述第一开关管模块的第二连接端和所述第二开关管模块的第二连接端相连且作为所述推挽模块的输出端，所述igbt管的驱动信号的输入端与所述第一基极电阻模块的公共端作为所述推挽模块的输入端。

5、在一些实施方式中，所述驱动电阻选择模块，包括：第一驱动电阻支路、第二驱动电阻支路、第三驱动电阻支路；所述第一驱动电阻支路、所述第二驱动电阻支路、所述第三驱动电阻支路的驱动电阻阻值，依次减小；其中，所述igbt管的驱动信号的输入端，连接至所述推挽模块的输入端；所述推挽模块的输出端，分别连接至所述第一驱动电阻支路的输入端和所述第二驱动电阻支路的输入端；所述第一驱动电阻支路的输出端和所述第二驱动电阻支路的输出端，均连接至所述igbt管的栅极；所述第三驱动电阻支路的输入端，与所述igbt管的发射极相连；所述第三驱动电阻支路的输出端，连接至所述igbt管的栅极。

6、在一些实施方式中，其中，所述第一驱动电阻支路，包括：第一开关模块和第一驱动电阻模块，所述第一开关模块和所述第一驱动电阻模块串联；所述切换控制单元，能够控制所述第一开关模块的导通或关断；

7、和/或，所述第二驱动电阻支路，包括：第二开关模块和第二驱动电阻模块，所述第二开关模块和所述第二驱动电阻模块串联；所述切换控制单元，能够控制所述第二开关模块的导通或关断；

8、和/或，所述第三驱动电阻支路，包括：第三开关模块和第三驱动电阻模块，所述第三开关模块和所述第三驱动电阻模块串联；所述切换控制单元，能够控制所述第三开关模块的导通或关断。

9、在一些实施方式中，所述切换控制单元，包括：第一控制支路、第二控制支路和第三控制支路；其中，在所述驱动控制单元包括第一驱动电阻支路、第二驱动电阻支路、第三驱动电阻支路的情况下，所述切换控制单元，根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述驱动控制单元，包括：所述第一控制支路，用于根据所述逆变器的过流检测信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述第一驱动电阻支路的导通或关断；所述第二控制支路，用于根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，根据所述逆变器的过流检测信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述第二驱动电阻支路的导通或关断；所述第三控制支路，用于根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，根据所述逆变器的过流检测信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述第三驱动电阻支路的导通或关断。

10、在一些实施方式中，所述第一控制支路，包括：延时模块、第一反相模块、第一分压模块、第三开关管模块、第一保护模块和第一上拉电阻模块；其中，所述逆变器的过流检测信号的输入端，经所述延时模块、所述第一反相模块和所述第一分压模块后连接至所述第三开关管模块的控制端，预设的第三直流电源经所述第一保护模块后连接至所述第三开关管模块的第一连接端，预设的第三直流电源经所述第一上拉电阻模块后连接至所述第一驱动电阻支路中第一开关模块的控制端。

11、在一些实施方式中，所述延时模块，包括：延时电阻模块和延时电容模块；所述第一分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块；所述第一保护模块，包括：第一二极管模块；所述第一开关模块，包括：第一继电器模块；其中，所述逆变器的过流检测信号的输入端，经所述延时电阻模块和所述延时电容模块后接地；所述延时电阻模块和所述延时电容模块的公共端，经所述第一反相模块、所述第一分压电阻模块和所述第二分压电阻模块后接地；所述第一分压电阻模块和所述第二分压电阻模块的公共端，连接至所述第三开关管模块的控制端；预设的第三直流电源，连接至所述第一二极管模块的阴极；所述第一二极管模块的阳极，连接至所述第三开关管模块的第一连接端；预设的第三直流电源，经所述第一上拉电阻模块后，连接至所述第一继电器模块中线圈的负端；预设的第三直流电源，还连接至所述第一继电器模块中线圈的正端。

12、在一些实施方式中，所述第二控制支路，包括：第二分压模块、第四开关管模块、第二保护模块和第二上拉电阻模块；其中，所述igbt管的故障信号的输入端，经所述第二分压模块后连接至所述第四开关管模块的控制端，预设的第三直流电源经所述第二保护模块后连接至所述第四开关管模块的第一连接端，预设的第三直流电源经所述第二上拉电阻模块后连接至所述第二驱动电阻支路中第二开关模块的控制端。

13、在一些实施方式中，所述延时模块，包括：所述第二分压模块，包括：第三分压电阻模块和第四分压电阻模块；所述第二保护模块，包括：第二二极管模块；所述第二开关模块，包括：第二继电器模块；其中，所述igbt管的故障信号的输入端，经所述第三分压电阻模块和所述第四分压电阻模块后接地；所述第三分压电阻模块和所述第四分压电阻模块的公共端，连接至所述第三开关管模块的控制端；预设的第三直流电源，连接至所述第二二极管模块的阴极；所述第二二极管模块的阳极，连接至所述第三开关管模块的第一连接端；预设的第三直流电源，经所述第二上拉电阻模块后，连接至所述第二继电器模块中线圈的负端；预设的第三直流电源，还连接至所述第二继电器模块中线圈的正端。

14、在一些实施方式中，所述第三控制支路，包括：第二反相模块、第三分压模块、第五开关管模块、第三保护模块和第三上拉电阻模块；其中，所述igbt管的故障信号的输入端，经所述第二反相模块和所述第三分压模块后连接至所述第五开关管模块的控制端，预设的第三直流电源经所述第三保护模块后连接至所述第五开关管模块的第一连接端，预设的第三直流电源经所述第三上拉电阻模块后连接至所述第三驱动电阻支路中第三开关模块的控制端。

15、在一些实施方式中，所述第三分压模块，包括：第五分压电阻模块和第六分压电阻模块；所述第三保护模块，包括：第三二极管模块；所述第三开关模块，包括：第三继电器模块；其中，所述igbt管的故障信号的输入端，经所述第二反相模块、所述第五分压电阻模块和所述第六分压电阻模块后接地；所述第五分压电阻模块和所述第六分压电阻模块的公共端，连接至所述第五开关管模块的控制端；预设的第三直流电源，连接至所述第三二极管模块的阴极；所述第三二极管模块的阳极，连接至所述第五开关管模块的第一连接端；预设的第三直流电源，经所述第三上拉电阻模块后，连接至所述第三继电器模块中线圈的负端；预设的第三直流电源，还连接至所述第三继电器模块中线圈的正端。

16、与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种变频器，包括：以上所述的逆变器的保护装置。

17、与上述变频器相匹配，本发明再一方面提供一种变频器的保护方法，包括：控制所述igbt管的驱动芯片，发出所述igbt管的驱动信号；以及，根据所述逆变器的过流检测信号，输出所述igbt管的故障信号；通过所述切换控制单元，根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述驱动控制单元，以使所述驱动控制单元选择所述igbt管的驱动电阻大小；通过所述驱动控制单元，基于所述igbt管的驱动信号，并在所述切换控制单元的控制下，调整所述igbt管的驱动电阻大小，控制所述igbt管导通或关断，实现对所述igbt管的短路保护。

18、在一些实施方式中，其中，在所述逆变器的输出电流超过设定电流阈值的情况下，所述逆变器的过流检测信号为设定的第一电平信号；在所述逆变器的输出电流未超过设定电流阈值的情况下，所述逆变器的过流检测信号为设定的第二电平信号；在所述驱动控制单元包括第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块，且所述切换控制单元包括第三开关管模块、第四开关管模块和第五开关管模块的情况下，通过所述切换控制单元，根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述驱动控制单元，包括：在所述变频器正常运行的情况下，所述逆变器的过流检测信号为设定的第二电平信号，使所述第三开关管模块截止，以使所述第一开关模块断开；所述igbt管的故障信号为设定的第二电平信号，使所述第四开关管模块导通，以使所述第二开关模块导通；使所述第五开关管模块截止，以使所述第三开关模块断开；

19、和/或，在根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号识别到所述逆变器中所述igbt管发生一类短路的情况下，使所述igbt管的驱动芯片通过预设的退饱和检测触发fo驱动故障所述igbt管的故障信号为设定的第一电平信号，使所述第四开关管模块截止，以使所述第二开关模块断开；使所述第五开关管模块导通，以使所述第三开关模块导通；所述逆变器的过流检测信号为设定的第二电平信号，使所述第三开关管模块截止，以使所述第一开关模块断开；直至所述主控单元基于所述igbt管的故障信号，使所述igbt管的驱动芯片停止发送所述igbt管的驱动信号，且使所述igbt管的驱动芯片以使所述igbt管的故障信号为设定的第二电平信号，使所述第四开关管模块导通，以使所述第二开关模块导通；使所述第五开关管模块截止，以使所述第三开关模块断开；

20、和/或，在根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号识别到所述逆变器中所述igbt管发生二类短路的情况下，使所述igbt管的驱动芯片触发预设的对所述igbt管的二类短路过流保护机制，所述igbt管的故障信号为设定的第二电平信号，所述第四开关管模块导通，所述第二开关模块导通；所述第五开关管模块截止，所述第三开关模块断开；使所述igbt管的驱动芯片停止发送所述igbt管的驱动信号，所述逆变器的过流检测信号为设定的第一电平信号，所述第三开关管模块导通，所述第一开关模块导通。

21、本发明的方案，针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中功率开关器件（如igbt）的短路保护问题，所述逆变器具有igbt模块，所述igbt模块具有igbt管、以及所述igbt管的驱动芯片，所述逆变器的保护装置，包括：驱动控制单元、切换控制单元和主控单元；其中，所述igbt管的驱动芯片，用于在所述主控单元的控制下，发出所述igbt管的驱动信号以控制所述igbt管的导通或关断；以及，根据所述逆变器的过流检测信号，输出所述igbt管的故障信号；所述切换控制单元，用于根据所述逆变器的过流检测信号和/或所述igbt管的故障信号，识别所述igbt管的短路类型，并根据所述igbt管的短路类型分阶段控制所述驱动控制单元，以使所述驱动控制单元选择所述igbt管的驱动电阻大小；所述驱动控制单元，用于基于所述igbt管的驱动信号，并在所述切换控制单元的控制下，控制所述igbt管导通或关断，实现对所述igbt管的短路保护。从而，通过针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中的igbt，设置igbt驱动电路和igbt故障控制电路，识别短路类型（如识别一类短路和二类短路来实现不同的软关断方式），并针对不同的短路类型分阶段控制igbt关断，实现对igbt的短路保护，提高igbt保护可靠性。该变频器涉及电力供应。

22、具体地，在本发明的方案中，针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中功率开关器件（如igbt）的短路保护问题，针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中六个igbt中每个igbt，设置igbt驱动电路、以及用于控制igbt驱动电路的igbt故障控制电路；igbt驱动电路，包括：由电阻r4、三极管q1、三极管q2组成的推挽电路，以及通过开关s1、开关s2、开关s3分别控制接入的igbt的栅极g处的驱动电阻如电阻r1、电阻r2和电阻r3；igbt故障控制电路，包括：用于控制开关s1导通或关断的第一控制支路，用于控制开关s2导通或关断的第二控制支路，用于控制开关s3导通或关断的第三控制支路；第一控制支路包括电阻r14和电容c14构成的延时电路，反相器u5，电阻r5和电阻r6构成的分压电路，三极管q5、二极管d5和电阻r7；第二控制支路包括电阻r8、电阻r9、三极管q8、二极管d8、电阻r10；第三控制支路包括反相器u11、电阻r11、电阻r12、三极管q11、二极管d11和电阻r13；过流检测单元检测逆变器输出的三相电流，确定逆变器输出的三相电流发生过流故障时输出过流信号tz，过流信号tz控制第一控制支路，触发一类短路保护，igbt的驱动芯片输出故障信号fo至主控芯片；主控芯片根据故障信号fo和/或过流信号tz停止发送驱动信号至驱动芯片，控制第二控制支路和第三控制支路。从而，通过针对变频器（如大功率变频器）的逆变器中功率开关器件（如igbt），设置igbt驱动电路和igbt故障控制电路，识别一类短路和二类短路来实现不同的软关断方式，并针对对应的短路类型来分段切换igbt关断电阻来控制关断过程，实现对igbt的短路保护，提高igbt保护可靠性。该变频器涉及电力供应。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

24、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。