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IGBT 模块的过流保护 发布时间: 2009-01-12 09:12:40 IGBT模块的过流保护电路可分为 2类：一类是低倍数的（1.2～1.5倍）的 过载保护；一类是高倍数（可达 8～10倍）的短路保护。对于过载保护不必快 速 响应，可采用集中式保护，即检测输入端或直流环节的总电流，当此电流超过设 定值后比较器翻转，封锁所有 IGBT模块驱动器的输入脉冲，使输出电流降为 零。 这种过载电流保护，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。 IGBT模块能承受很短时间的短路电流，能承受短路电流的时间与该 IGBT模 块的导通饱和压降有关，随着饱和导通压降的增加而延长。如饱和压降小于 2V 的 IGBT模块允许承受的短路时间小于 5μ s，而饱和压降 3V的 IGBT模块允许承 受的短路时间可达 15μ s，4～5V时可达 30μ s 以上。存在以上关系是 由于随着 饱和导通压降的降低，IGBT模块的阻抗也降低，短路电流同时增大，短路时的 功耗随着电流的平方加大，造成承受短路的时间迅速减小。 通常采取的保护措施有软关断和降栅压 2 种。软关断指在过流和短路时，直 接关断 IGBT模块。但是，软关断抗骚扰能力差，一旦检测到过流信号就关断， 很容易 发生误动作。为增加保护电路的抗骚扰能力，可在故障信号与启动保护 电路之间加一延时，不过故障电流会在这个延时内急剧上升，大大增加了功率损 耗，同时还会 导致器件的 di/dt增大。所以往往是保护电路启动了，器件仍然 坏了。 降栅压旨在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通。降栅压 后设有固定延时，故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时 器件的功 耗，延长了器件抗短路的时间，而且能够降低器件关断时的 di/dt， 对器件保护十分有利。若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消 失，驱动电 路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了抗骚扰能力。上述 降栅压的方法只考虑了栅压与短路电流大小的关系，而在实际过程中，降栅压的 速度也是一个重要 因素，它直接决定了故障电流下降的 di/dt。慢降栅压技术 就是通过限制降栅压的速度来控制故障电流的下降速率，从而抑制器件的 dv/dt 和 uce的峰 值。图 5给出了实现慢降栅压的具体电路。 正常工作时，因故障检测二极管 VD1的导通，将 a点的电压钳位在稳压二极 管 VZ1的击穿电压以下，晶体管 VT1始终保持截止状态。V1通过驱动电阻 Rg正 常开通和关断。电容 C2为硬开关应用场合提供一很小的延时，使得 V1开通时 uce有一定的时间从高电压降到通态压降，而不使保护电路动作。 当电路发生过流和短路故障时，V1上的 uce上升，a点电压随之上升，到一 定值时，VZ1击穿，VT1开通，b点电压下降，电容 C1通过电阻 R1充电，电 容 电压从零开始上升，当电容电压上升到约 1.4V时，晶体管 VT2开通，栅极电压 uge随电容电压的上升而下降，通过调节 C1 的数值，可控制电容的充电速 度， 进而控制 uge的下降速度；当电容电压上升到稳压二极管 VZ2的击穿电压时，VZ2 击穿，uge被钳位在一固定的数值上，慢降栅压过程结束，同时驱动 电路通过 光耦输出过流信号。如果在延时过程中，故障信号消失了，则 a点电压降低，VT1 恢复截止，C1通过 R2放电，d点电压升高，VT2也恢复截 止，uge上升，电路 恢复正常工作状态