開(kāi)關(guān)電源保護電路的工作原理
2.4 短路保護
開(kāi)關(guān)電源同其它電子裝置一樣,短路是最嚴重的故障,短路保護是否可靠,是影響開(kāi)關(guān)電源可靠性的重要因素。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)兼有場(chǎng)效應晶體管輸入阻抗高、驅動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓降低的特點(diǎn),是目前中、大功率開(kāi)關(guān)電源最普遍使用的電力電子開(kāi)關(guān)器件。IGBT能夠承受的短路時(shí)間取決于它的飽和壓降和短路電流的大小,一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過(guò)大不僅使短路承受時(shí)間縮短,而且使關(guān)斷時(shí)電流下降率di/dt過(guò)大,由于漏感及引線(xiàn)電感的存在,導致IGBT集電極過(guò)電壓,該過(guò)電壓可在器件內部產(chǎn)生擎住效應使IGBT鎖定失效,同時(shí)高的過(guò)電壓會(huì )使IGBT擊穿。因此,當出現短路過(guò)流時(shí),必須采取有效的保護措施。為了實(shí)現IGBT的短路保護,則必須進(jìn)行過(guò)流檢測。適用IGBT過(guò)流檢測的方法,通常是采用霍爾電流傳感器直接檢測IGBT的電流Ic,然后與設定的閾值比較,用比較器的輸出去控制驅動(dòng)信號的關(guān)斷;或者采用間接電壓法,檢測過(guò)流時(shí)IGBT的電壓降Vce,因為管壓降含有短路電流信息,過(guò)流時(shí)Vce增大,且基本上為線(xiàn)性關(guān)系,檢測過(guò)流時(shí)的Vce并與設定的閾值進(jìn)行比較,比較器的輸出控制驅動(dòng)電路的關(guān)斷。在短路電流出現時(shí),為了避免關(guān)斷電流的di/dt過(guò)大形成過(guò)電壓,導致IGBT鎖定無(wú)效和損壞,以及為了降低電磁干擾,通常采用軟降柵壓和軟關(guān)斷綜合保護技術(shù)。在檢測到過(guò)流信號后首先是進(jìn)入降柵保護程序,以降低故障電流的幅值,延長(cháng)IGBT的短路承受時(shí)間。在降柵動(dòng)作后,設定一個(gè)固定延遲時(shí)間用以判斷故障電流的真實(shí)性,如在延遲時(shí)間內故障消失則柵壓自動(dòng)恢復,如故障仍然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序,使柵壓降至0V以下,關(guān)斷IGBT的驅動(dòng)信號。由于在降柵壓程序階段集電極電流已減小,故軟關(guān)斷時(shí)不會(huì )出現過(guò)大的短路電流下降率和過(guò)高的過(guò)電壓。采用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅動(dòng)保護,使故障電流的幅值和下降率都能受到限制,過(guò)電壓降低,IGBT的電流、電壓運行軌跡能保證在安全區內。
在設計降柵壓保護電路時(shí),要正確選擇降柵壓幅度和速度,如果降柵壓幅度大(比如7.5V),降柵壓速度不要太快,一般可采用2μs下降時(shí)間的軟降柵壓,由于降柵壓幅度大,集電極電流已經(jīng)較小,在故障狀態(tài)封鎖柵極可快些,不必采用軟關(guān)斷;如果降柵壓幅度較?。ū热?V以下),降柵速度可快些,而封鎖柵壓的速度必須慢,即采用軟關(guān)斷,以避免過(guò)電壓發(fā)生。為了使電源在短路故障狀態(tài)不中斷工作,又能避免在原工作頻率下連續進(jìn)行短路保護產(chǎn)生熱積累而造成IGBT損壞,采用降柵壓保護即可不必在一次短路保護立即封鎖電路,而使工作頻率降低(比如1Hz左右),形成間歇“打嗝”的保護方法,故障消除后即恢復正常工作。
下面介紹幾種IGBT短路保護的實(shí)用電路及工作原理。
圖7是利用IGBT過(guò)流時(shí)Vce增大的原理進(jìn)行保護的電路,用于專(zhuān)用驅動(dòng)器EXB841。EXB841內部電路能很好地完成降柵及軟關(guān)斷,并具有內部延遲功能,以消除干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)作。含有IGBT過(guò)流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監視腳6,而是經(jīng)快速恢復二極管VD1,通過(guò)比較器IC1輸出接至EXB841的腳6,其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不同而異,采用閾值比較器,提高電流檢測的準確性。如果發(fā)生過(guò)流,驅動(dòng)器EXB841的低速切斷電路慢速關(guān)斷IGBT,以避免集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器件。

圖7 采用IGBT過(guò)流時(shí)Vce增大的原理進(jìn)行保護
圖8是利用電流傳感器進(jìn)行過(guò)流檢測的IGBT保護電路,電流傳感器(SC)初級(1匝)串接在IGBT的集電極電路中,次級感應的過(guò)流信號經(jīng)整流后送至比較器IC1的同相輸入端,與反相端的基準電壓進(jìn)行比較,IC1的輸出送至具有正反饋的比較器IC2,其輸出接至PWM控制器UC3525的輸出控制腳10。不過(guò)流時(shí),VAVref,VB=0.2V,VCVref,IC2輸出低電平,PWM控制器正常工作。

(a) 電路原理圖
DIY機械鍵盤(pán)相關(guān)社區:機械鍵盤(pán)DIY
評論