電力變換裝置中短路保護電路的設計

2.2 利用電流互感器實(shí)現的短路保護電路

圖2是利用電流互感器實(shí)現過(guò)流檢測的IGBT短路保護電路。其中電流互感器TA的初級串接在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V_ref進(jìn)行比較，IC₁輸出V_B至具有正反饋的比較器IC₂的同相輸入端C點(diǎn)，由IC₂的輸出經(jīng)R8接至EXB841的腳6上。不過(guò)流時(shí)，IC₁的V_A小于V_ref，輸出V_B為低電平約0.2V，經(jīng)R₁送到IC₂比較器的同相端C形成V_C，因此時(shí)V_C小于V_ref，IC₂輸出為低電平，EXB841正常工作。當出現過(guò)流時(shí)，電流互感器檢測到的整流電壓將升高，V_A大于V_ref，V_B為高電平，由R1給C3充電，經(jīng)一定的延時(shí)后，V_rC將大于V_ref，IC₂輸出高電平，EXB841保護電路工作，使IGBT降柵壓軟關(guān)斷。IGBT關(guān)閉后，電流互感器初級無(wú)電流流過(guò)，使V_A又小于V_ref，V_rB又回到0.2V左右，C₃經(jīng)R₁放電，當V_C小于V_ref時(shí)，IC₂輸出低電平，電路重新進(jìn)入工作狀態(tài)。如果過(guò)流繼續存在，保護電路又恢復到原來(lái)的限流保護工作狀態(tài)，反復循環(huán)使EXB841的輸出驅動(dòng)波形處于間隔輸出狀態(tài)，使IGBT輸出電流有效值減小，達到保護IGBT的目的。電位器W1用于

圖2 利用電流互感器實(shí)現的短路保護電路

調整IC₁比較器過(guò)流動(dòng)作閾值。電容器C₃可經(jīng)D₅和R₅快速充電，經(jīng)R₁慢速放電，只要合理地選擇R₁，R₅和C₃的參數，可實(shí)現EXB841比較快關(guān)閉IGBT而較慢恢復IGBT。正反饋電阻R₇保證IC₂比較器具有遲滯特性，和R₁和C₃充放電電路一起，保證IC₂輸出不致于在高、低電平之間頻繁變化，使IGBT頻繁開(kāi)通、關(guān)斷而損壞，提高了電路的可靠性。

2.3 利用短路V_ce和電流互感器過(guò)流檢測同時(shí)實(shí)現的短路保護電路

圖3是利用IGBT過(guò)流集電極電壓檢測和電流互感器過(guò)流檢測同時(shí)實(shí)現的短路保護電路。當負載短路（或IGBT因其它故障過(guò)流）時(shí)，IGBT的V_ce將增大，V_D1關(guān)斷，導致由R₁提供的電流經(jīng)R₂和R₃分壓器提供的電壓，使V₃導通，從而使IGBT柵極電壓由V_D3所限制而降壓，限制了IGBT峰值電流的幅度，該電壓同時(shí)經(jīng)R₅及C₃延遲使V₂導通，送去軟關(guān)斷信號。為了提高短路保護電路的可靠性，圖3電路還增加了短路電路檢測保護，它是由電流互感器TA，整流橋U和IC₁等組成，短路發(fā)生時(shí)經(jīng)電流傳感器TA檢測出短路電流信號，使比較器IC₁輸出高電平，該高電平一方面使V₃管導通，完成IGBT的降柵壓保護，另一方面由V₂導通進(jìn)行IGBT軟關(guān)斷保護。

圖3 利用短路V_ce和過(guò)電流檢測同時(shí)實(shí)現的短路保護電路

2.4 具有降柵壓軟關(guān)斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路

圖4是一具有降柵壓軟關(guān)斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路。

圖4 具有降柵壓軟關(guān)斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路