IGBT電源中關(guān)于過(guò)流保護的講解

IGBT模塊對不間斷電源技術(shù)提供了技術(shù)保證，正在成為不間斷電源技術(shù)中的主流技術(shù)。在IGBT模塊電源技術(shù)中，對于電路的保護是非常必要的。本文就將對IGBT保護電路中的過(guò)流保護進(jìn)行全面地講解，感興趣的朋友快隨小編來(lái)一起看一看吧。

過(guò)流保護

生產(chǎn)廠(chǎng)家對IGBT提供的安全工作區有嚴格的限制條件，且IGBT承受過(guò)電流的時(shí)間僅為幾微秒(SCR、GTR等器件承受過(guò)流時(shí)間為幾十微秒)，耐過(guò)流量小，因此使用IGBT首要注意的是過(guò)流保護。產(chǎn)生過(guò)流的原因大致有：晶體管或二極管損壞、控制與驅動(dòng)電路故障或干擾等引起誤動(dòng)、輸出線(xiàn)接錯或絕緣損壞等形成短路、輸出端對地短路與電機絕緣損壞、逆變橋的橋臂短路等。

對IGBT的過(guò)流檢測保護分兩種情況：

(1)驅動(dòng)電路中無(wú)保護功能。這時(shí)在主電路中要設置過(guò)流檢測器件。對于小容量變頻器，一般是把電阻R直接串接在主電路中，如圖1(a)所示，通過(guò)電阻兩端的電壓來(lái)反映電流的大小;對于大中容量變頻器，因電流大，需用電流互感器TA(如霍爾傳感器等)。電流互感器所接位置：一是像串電阻那樣串接在主回路中，如圖1(a)中的虛線(xiàn)所示;二是串接在每個(gè)IGBT上，如圖1(b)所示。前者只用一個(gè)電流互感器檢測流過(guò)IGBT的總電流，經(jīng)濟簡(jiǎn)單，但檢測精度較差;后者直接反映每個(gè)IGBT的電流，測量精度高，但需6個(gè)電流互感器。過(guò)電流檢測出來(lái)的電流信號，經(jīng)光耦管向控制電路輸出封鎖信號，從而關(guān)斷IGBT的觸發(fā)，實(shí)現過(guò)流保護。

圖1 IGBT的過(guò)流檢測

(2)驅動(dòng)電路中設有保護功能。如日本英達公司的HR065、富士電機的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驅動(dòng)與保護功能于一體的集成電路(稱(chēng)為混合驅動(dòng)模塊)，其電流檢測是利用在某一正向柵壓Uge下，正向導通管壓降Uce(ON)與集電極電流Ie成正比的特性，通過(guò)檢測Uce(ON)的大小來(lái)判斷Ie的大小，產(chǎn)品的可靠性高。不同型號的混合驅動(dòng)模塊，其輸出能力、開(kāi)關(guān)速度與du/dt的承受能力不同，使用時(shí)要根據實(shí)際情況恰當選用。

由于混合驅動(dòng)模塊本身的過(guò)流保護臨界電壓動(dòng)作值是固定的(一般為7～10V)，因而存在著(zhù)一個(gè)與IGBT配合的問(wèn)題。通常采用的方法是調整串聯(lián)在IGBT集電極與驅動(dòng)模塊之間的二極管V的個(gè)數，如圖2(a)所示，使這些二極管的通態(tài)壓降之和等于或略大于驅動(dòng)模塊過(guò)流保護動(dòng)作電壓與IGBT的通態(tài)飽和壓降Uce(ON)之差。

圖2 混合驅動(dòng)模塊與IGBT過(guò)流保護的配合

上述用改變二極管的個(gè)數來(lái)調整過(guò)流保護動(dòng)作點(diǎn)的方法，雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但精度不高。這是因為每個(gè)二極管的通態(tài)壓降為固定值，使得驅動(dòng)模塊與IGBT集電極c之間的電壓不能連續可調。在實(shí)際工作中，改進(jìn)方法有兩種：

(1)改變二極管的型號與個(gè)數相結合。例如，IGBT的通態(tài)飽和壓降為2.65V，驅動(dòng)模塊過(guò)流保護臨界動(dòng)作電壓值為7.84V時(shí)，那么整個(gè)二極管上的通態(tài)壓降之和應為7.84-2.65=5.19V，此時(shí)選用7個(gè)硅二極管與1個(gè)鍺二極管串聯(lián)，其通態(tài)壓降之和為0.7×7+0.3×1=5.20V(硅管視為0.7V，鍺管視為0.3V)，則能較好地實(shí)現配合(2)二極管與電阻相結合。由于二極管通態(tài)壓降的差異性，上述改進(jìn)方法很難精確設定IGBT過(guò)流保護的臨界動(dòng)作電壓值如果用電阻取代1～2個(gè)二極管，如圖2(b)，則可做到精確配合。

另外，由于同一橋臂上的兩個(gè)IGBT的控制信號重疊或開(kāi)關(guān)器件本身延時(shí)過(guò)長(cháng)等原因，使上下兩個(gè)IGBT直通，橋臂短路，此時(shí)電流的上升率和浪涌沖擊電流都很大，極易損壞IGBT為此，還可以設置橋臂互鎖保護，如圖3所示。圖中用兩個(gè)與門(mén)對同一橋臂上的兩個(gè)IGBT的驅動(dòng)信號進(jìn)行互鎖，使每個(gè)IGBT的工作狀態(tài)都互為另一個(gè)IGBT驅動(dòng)信號可否通過(guò)的制約條件，只有在一個(gè)$IGBT被確認關(guān)斷后，另一個(gè)IGBT才能導通，這樣嚴格防止了臂橋短路引起過(guò)流情況的出現。

圖3 IGBT橋臂直通短路保護

在IGBT模塊中對電路的過(guò)流保護是非常必要的，因為IGBT的耐過(guò)流與耐過(guò)壓能力比較差，所以只要出現意外就有可能對整體電路造成傷害，從而導致時(shí)間與成本的浪費，因此非常有必要對IGBT進(jìn)行有效的保護來(lái)規避這種情況。