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IGBT 模块的过流保护
发布时间: 2009-01-12 09:12:40
IGBT模块的过流保护电路可分为 2类:一类是低倍数的(1.2~1.5倍)的
过载保护;一类是高倍数(可达 8~10倍)的短路保护。对于过载保护不必快 速
响应,可采用集中式保护,即检测输入端或直流环节的总电流,当此电流超过设
定值后比较器翻转,封锁所有 IGBT模块驱动器的输入脉冲,使输出电流降为 零。
这种过载电流保护,一旦动作后,要通过复位才能恢复正常工作。
IGBT模块能承受很短时间的短路电流,能承受短路电流的时间与该 IGBT模
块的导通饱和压降有关,随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于 2V
的 IGBT模块允许承受的短路时间小于 5μ s,而饱和压降 3V的 IGBT模块允许承
受的短路时间可达 15μ s,4~5V时可达 30μ s 以上。存在以上关系是 由于随着
饱和导通压降的降低,IGBT模块的阻抗也降低,短路电流同时增大,短路时的
功耗随着电流的平方加大,造成承受短路的时间迅速减小。
通常采取的保护措施有软关断和降栅压 2 种。软关断指在过流和短路时,直
接关断 IGBT模块。但是,软关断抗骚扰能力差,一旦检测到过流信号就关断,
很容易 发生误动作。为增加保护电路的抗骚扰能力,可在故障信号与启动保护
电路之间加一延时,不过故障电流会在这个延时内急剧上升,大大增加了功率损
耗,同时还会 导致器件的 di/dt增大。所以往往是保护电路启动了,器件仍然
坏了。
降栅压旨在检测到器件过流时,马上降低栅压,但器件仍维持导通。降栅压
后设有固定延时,故障电流在这一延时期内被限制在一较小值,则降低了故障时
器件的功 耗,延长了器件抗短路的时间,而且能够降低器件关断时的 di/dt,
对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在,则关断器件,若故障信号消
失,驱动电 路可自动恢复正常的工作状态,因而大大增强了抗骚扰能力。上述
降栅压的方法只考虑了栅压与短路电流大小的关系,而在实际过程中,降栅压的
速度也是一个重要 因素,它直接决定了故障电流下降的 di/dt。慢降栅压技术
就是通过限制降栅压的速度来控制故障电流的下降速率,从而抑制器件的 dv/dt
和 uce的峰 值。图 5给出了实现慢降栅压的具体电路。
正常工作时,因故障检测二极管 VD1的导通,将 a点的电压钳位在稳压二极
管 VZ1的击穿电压以下,晶体管 VT1始终保持截止状态。V1通过驱动电阻 Rg正
常开通和关断。电容 C2为硬开关应用场合提供一很小的延时,使得 V1开通时
uce有一定的时间从高电压降到通态压降,而不使保护电路动作。
当电路发生过流和短路故障时,V1上的 uce上升,a点电压随之上升,到一
定值时,VZ1击穿,VT1开通,b点电压下降,电容 C1通过电阻 R1充电,电 容
电压从零开始上升,当电容电压上升到约 1.4V时,晶体管 VT2开通,栅极电压
uge随电容电压的上升而下降,通过调节 C1 的数值,可控制电容的充电速 度,
进而控制 uge的下降速度;当电容电压上升到稳压二极管 VZ2的击穿电压时,VZ2
击穿,uge被钳位在一固定的数值上,慢降栅压过程结束,同时驱动 电路通过
光耦输出过流信号。如果在延时过程中,故障信号消失了,则 a点电压降低,VT1
恢复截止,C1通过 R2放电,d点电压升高,VT2也恢复截 止,uge上升,电路
恢复正常工作状态
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