二代大功率IGBT短路保護和有源鉗位電路設計
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時(shí)間：2013-05-18
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1．3．2 IGBT短路保護電路策略
從IGBT短路波形圖可知，當IGBT短路發(fā)生時(shí)，電流上升至IGBT的4倍額定電流，驅動(dòng)保護電路要將這個(gè)電流關(guān)斷，這時(shí)的電流值比逆變器正常電流高4倍以上，勢必產(chǎn)生很高的電壓尖峰。為了防止電壓尖峰損壞IGBT，需要引入有源鉗位電路。
因此，大功率IGBT短路保護電路的控制策略：
(1)短路保護電路；
(2)有源鉗位電路。
1．3．3 大功率IGBT驅動(dòng)電路的設計規范
大功率IGBT驅動(dòng)電路的設計規范：
(1)采用隔離變壓器；
(2)采用Vcesat飽和壓降進(jìn)行短路檢測和管理，包括軟關(guān)斷動(dòng)作，以及采用不同的門(mén)極電阻進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷。
由于大功率IGBT驅動(dòng)電路復雜，本文以瑞士CONCEPT公司最新推出的第二代SCALE-2模塊2SC0435T作為核心部件，設計驅動(dòng)電路。與第一代SCALE-1模塊2SD315A比較，2SC0435T改進(jìn)了短路保護功能，增加了有源鉗位功能。
2 大功率IGBT短路保護電路設計
2．1 SCALE模塊的內部結構
SCALE模塊內部主要由三個(gè)功能模塊構成，即邏輯驅動(dòng)轉化接口LDI、電氣隔離模塊和智能柵極驅動(dòng)IGD。
第一個(gè)功能模塊是由輔助電源和信號輸入兩部分組成。
其中信號輸入部分主要將控制器的PWM信號進(jìn)行整形放大，并根據需要進(jìn)行控制，之后傳遞到信號變壓器，同時(shí)檢測從信號變壓器返回的故障信號，將故障信號處理后發(fā)送到故障輸出端；輔助電源的功能是將輸入的直流電壓經(jīng)過(guò)單端反激式變換電路，轉換成兩路隔離電源供給輸出驅動(dòng)放大器使用。
第二個(gè)功能模塊是電氣隔離模塊，由兩個(gè)傳遞信號的脈沖變壓器和傳遞功率的電源變壓器組成。防止功率驅動(dòng)電路中大電流、高電壓對一次側信號的干擾。
第三個(gè)功能模塊是驅動(dòng)信號輸出模塊，IGD主要對信號變壓器的信號進(jìn)行解調和放大，對IGBT的短路和過(guò)流進(jìn)行檢測，并進(jìn)行故障存儲和短路保護。
2．2 一代SCALE-1短路保護電路
圖3所示為CONCEPT第一代SCALE-1的經(jīng)典IGBT保護電路，工作原理是：
(1)當IGBT關(guān)斷時(shí)，T1導通，電流源1被T1旁路，Ca的點(diǎn)位被鉗在低位，比較器不翻轉。
(2)當IGBT進(jìn)入開(kāi)通的過(guò)程中，T1截止，IGBT進(jìn)入飽和導通，電流源1流過(guò)Rm，Dm及IGBT形成回路，比較器不翻轉。
(3)當IGBT出現短路時(shí)，會(huì )退出飽和區，Vce快速上升至直流母線(xiàn)電壓，Dm馬上截止，電流源1則向Ca充電，Ca的電位線(xiàn)性上升，到達門(mén)檻時(shí)比較器翻轉。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/175794.htm
參數設定：
(1)比較器的反向輸入端為參考電壓值，Vth=150μA*Rth；
(2)正常導通時(shí)，集電極電壓為飽和電壓值，一般為2V左右，加上2個(gè)1N4007的壓降，以及恒流源1．4mA通過(guò)Rm的壓降，可得出同相端電壓值一般為3V左右；
(3)短路或過(guò)流時(shí)，1N4007反向截止，1．4mA的恒流源給Ca充電，由U=1T／C可推出響應時(shí)間。
響應時(shí)間與定時(shí)電容Ca、參考電壓電阻Rth的關(guān)系見(jiàn)表1。
因為Vth設定為飽和電壓值，電路在應用中易導致驅動(dòng)器誤保護。
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