IGBT過(guò)流保護(hù).pdf

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1、IGBT模塊的過(guò)流保護(hù)發(fā)布時(shí)間:2009-01-1209:12:40IGBT模塊的過(guò)流保護(hù)電路可分為2類：一類是低倍數(shù)的（1.2～1.5倍）的過(guò)載保護(hù)；一類是高倍數(shù)（可達(dá)8～10倍）的短路保護(hù)。對(duì)于過(guò)載保護(hù)不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護(hù)，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過(guò)設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有IGBT模塊驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過(guò)載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過(guò)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。IGBT模塊能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路電流的時(shí)間與該IGBT模塊的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通

2、壓降的增加而延長(zhǎng)。如飽和壓降小于2V的IGBT模塊允許承受的短路時(shí)間小于5μs，而飽和壓降3V的IGBT模塊允許承受的短路時(shí)間可達(dá)15μs，4～5V時(shí)可達(dá)30μs以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低，IGBT模塊的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓2種。軟關(guān)斷指在過(guò)流和短路時(shí)，直接關(guān)斷IGBT模塊。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動(dòng)作。為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力，可在故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電

3、路之間加一延時(shí)，不過(guò)故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升，大大增加了功率損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的di/dt增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了。降柵壓旨在檢測(cè)到器件過(guò)流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)，故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值，則降低了故障時(shí)器件的功耗，延長(zhǎng)了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的di/dt，對(duì)器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在，則關(guān)斷器件，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了抗騷擾能力。上述降柵壓的方法只考慮了柵壓與短路

4、電流大小的關(guān)系，而在實(shí)際過(guò)程中，降柵壓的速度也是一個(gè)重要因素，它直接決定了故障電流下降的di/dt。慢降柵壓技術(shù)就是通過(guò)限制降柵壓的速度來(lái)控制故障電流的下降速率，從而抑制器件的dv/dt和uce的峰值。圖5給出了實(shí)現(xiàn)慢降柵壓的具體電路。正常工作時(shí)，因故障檢測(cè)二極管VD1的導(dǎo)通，將a點(diǎn)的電壓鉗位在穩(wěn)壓二極管VZ1的擊穿電壓以下，晶體管VT1始終保持截止?fàn)顟B(tài)。V1通過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻Rg正常開(kāi)通和關(guān)斷。電容C2為硬開(kāi)關(guān)應(yīng)用場(chǎng)合提供一很小的延時(shí)，使得V1開(kāi)通時(shí)uce有一定的時(shí)間從高電壓降到通態(tài)壓降，而不使保護(hù)電路動(dòng)作。當(dāng)電路發(fā)生過(guò)

5、流和短路故障時(shí)，V1上的uce上升，a點(diǎn)電壓隨之上升，到一定值時(shí)，VZ1擊穿，VT1開(kāi)通，b點(diǎn)電壓下降，電容C1通過(guò)電阻R1充電，電容電壓從零開(kāi)始上升，當(dāng)電容電壓上升到約1.4V時(shí)，晶體管VT2開(kāi)通，柵極電壓uge隨電容電壓的上升而下降，通過(guò)調(diào)節(jié)C1的數(shù)值，可控制電容的充電速度，進(jìn)而控制uge的下降速度；當(dāng)電容電壓上升到穩(wěn)壓二極管VZ2的擊穿電壓時(shí)，VZ2擊穿，uge被鉗位在一固定的數(shù)值上，慢降柵壓過(guò)程結(jié)束，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)光耦輸出過(guò)流信號(hào)。如果在延時(shí)過(guò)程中，故障信號(hào)消失了，則a點(diǎn)電壓降低，VT1恢復(fù)截止，C1通過(guò)R

6、2放電，d點(diǎn)電壓升高，VT2也恢復(fù)截止，uge上升，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)