IGBT功率放大電路保護方法的應用

　　驅動(dòng)信號檢測模塊包含三個(gè)模塊：計數，鎖存和控制，如圖2所示。其中，計數模塊統計驅動(dòng)信號的高電平的時(shí)標頻率信號個(gè)數，并輸出鎖存清零信號，鎖存模塊將數據鎖存，控制模塊判斷驅動(dòng)信號高電平內的時(shí)標頻率信號的個(gè)數是否超過(guò)預置門(mén)限值。

　　過(guò)熱檢測

　　IGBT的損耗功率隨著(zhù)開(kāi)關(guān)頻率的增高而增大，大功率運行時(shí)，損耗功率易急劇增加發(fā)熱，由于IGBT的結溫不超過(guò)125℃，基于IGBT的功率開(kāi)關(guān)電路不能長(cháng)期工作在結溫點(diǎn)上限，否則，IGBT將過(guò)熱損毀，因此，設計出溫度檢測電路，實(shí)現對IGBT的結溫檢測，從而達到保護目的。

　　設計過(guò)熱保護電路時(shí)，首先選擇一個(gè)適當的工作溫度值，作為外部控制系統的報警與保護動(dòng)作門(mén)限值，電路設計可以采用類(lèi)似過(guò)流檢測電路的模式，適用比較電路實(shí)現;再者，選用表面貼裝式溫度測量模塊安裝在IGBT模塊的散熱器表面，溫度傳感器監測輸出IGBT的工作溫度。

　　這樣，當溫度超過(guò)預設的報警溫度臨界點(diǎn)，保護電路能夠及時(shí)采樣溫度信號，并使得過(guò)熱保護電路響應輸出。

　　另外，對于采用水循環(huán)散熱的IGBT功率放大電路，設置冷卻水流量監測，實(shí)時(shí)檢測功放單元工作時(shí)冷卻水的流量，監測流量是否超過(guò)IGBT工作時(shí)適宜的溫度值需要的流量限定值;當冷卻水的流量低于設定下限，過(guò)熱檢測電路輸出過(guò)熱保護信號。

　　以上兩種過(guò)熱檢測電路在實(shí)際運行時(shí)，過(guò)熱報警觸發(fā)輸出的信號與直流電源開(kāi)關(guān)的IGBT的驅動(dòng)板的驅動(dòng)信號產(chǎn)生邏輯關(guān)聯(lián)，閉鎖IGBT驅動(dòng)器的驅動(dòng)信號輸出，進(jìn)而切斷功率放大器的IGBT直流電源的供電，從而保護功率開(kāi)關(guān)電路的IGBT器件。

　　仿真與實(shí)驗

　　針對前文設計的驅動(dòng)信號脈沖寬度檢測電路，通過(guò)仿真進(jìn)行功能驗證，仿真結果如圖3所示，當驅動(dòng)信號(signal)脈沖過(guò)窄時(shí)，檢測模塊輸出高電平(signal_error)信號，意味著(zhù)驅動(dòng)信號的高電平信號脈寬小于預先設定的脈寬門(mén)限值上限，輸出高電平報警?！　?/p>

?

　　實(shí)驗驗證

　　為了進(jìn)一步驗證本文所設計的保護電路的有效性，在IGBT功率放大器上進(jìn)行了實(shí)際測試。圖4與圖5舉例過(guò)流保護動(dòng)作后的實(shí)驗波形，圖中曲線(xiàn)分別為功率放大器輸出電壓波形、輸出電流波形。

　　觀(guān)察分析曲線(xiàn)的結果，得出結論：當IGBT在不同工作參數運行期間，一旦發(fā)生過(guò)流信號被保護電路檢測，IGBT驅動(dòng)板封鎖驅動(dòng)信號輸出，IGBT被關(guān)閉，通過(guò)IGBT功率放大電路的電壓和電流在極短時(shí)間內降為零值，IGBT得到保護。

　　結語(yǔ)

　　本文介紹了基于IGBT功率放大器的三種保護方式：一個(gè)IGBT直流供電過(guò)流檢測電路，一個(gè)基于CPLD的驅動(dòng)信號脈沖寬度檢測邏輯電路，一個(gè)針對IGBT結溫設計檢測的電路;并且對設計保護電路進(jìn)行了舉例仿真和實(shí)驗舉例，驗證了保護電路的功能。

　　參考文獻：
　　[1] 楊燕波,吳慶彪.逆變器脈寬調制中基于脈沖的死區補償方法[J].電力電子技術(shù),2009,(3)
　　[2] 王衡,沈運先,查明,邊鋼.基于CPLD的固態(tài)功率放大器的保護電路設計[J].艦船電子工程,2012,(4)
　　[3] 李縱,羅志清,袁漢祖.基于1SD1548A1的IGBT驅動(dòng)器設計[J].艦船電子工程, 2012,(4)
　　[4] 常曉明, 李媛媛.Verilog-HDL工程實(shí)踐入門(mén)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005
　　[5] 查明.基于CPLD的大功率發(fā)射機激勵信號檢測電路設計[J].艦船科學(xué)技術(shù),2008,30,(S1):101-104
　　[6] 潘星,劉會(huì )金. IGBT功率器件工作中存在的問(wèn)題及解決方法[J].電力自動(dòng)化設備,2004,(2):9-14
　　[7] 錢(qián)金川,朱守敏.電力電子器件IGBT的應用與保護[J].電焊機,2008,38,(3):41- 47
　　[8] 陳懷義,胡衛華,王彥.IGBT的保護[J].電源技術(shù)應用,2004,(5)
　　[9] 張加勝,平朝春.基于單片機死區時(shí)間調制的PWM控制方法研究[J].電力電子技術(shù),2008,(2)
　　[10] 楊斌文,胡浩,張健.IGBT的保護設計[J].電氣開(kāi)關(guān), 2006,(6)