IGBT電源中關于過流保護的講解

IGBT模塊對不間斷電源技術提供了技術保證，正在成為不間斷電源技術中的主流技術。在IGBT模塊電源技術中，對于電路的保護是非常必要的。本文就將對IGBT保護電路中的過流保護進行全面地講解，感興趣的朋友快隨小編來一起看一看吧。

過流保護

生產(chǎn)廠家對IGBT提供的安全工作區(qū)有嚴格的限制條件，且IGBT承受過電流的時間僅為幾微秒(SCR、GTR等器件承受過流時間為幾十微秒)，耐過流量小，因此使用IGBT首要注意的是過流保護。產(chǎn)生過流的原因大致有：晶體管或二極管損壞、控制與驅動電路故障或干擾等引起誤動、輸出線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的過流檢測保護分兩種情況：

(1)驅動電路中無保護功能。這時在主電路中要設置過流檢測器件。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，通過電阻兩端的電壓來反映電流的大小;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)中的虛線所示;二是串接在每個IGBT上，如圖1(b)所示。前者只用一個電流互感器檢測流過IGBT的總電流，經(jīng)濟簡單，但檢測精度較差;后者直接反映每個IGBT的電流，測量精度高，但需6個電流互感器。過電流檢測出來的電流信號，經(jīng)光耦管向控制電路輸出封鎖信號，從而關斷IGBT的觸發(fā)，實現(xiàn)過流保護。

圖1 IGBT的過流檢測

(2)驅動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，是集驅動與保護功能于一體的集成電路(稱為混合驅動模塊)，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，通過檢測Uce(ON)的大小來判斷Ie的大小，產(chǎn)品的可靠性高。不同型號的混合驅動模塊，其輸出能力、開關速度與du/dt的承受能力不同，使用時要根據(jù)實際情況恰當選用。

由于混合驅動模塊本身的過流保護臨界電壓動作值是固定的(一般為7～10V)，因而存在著一個與IGBT配合的問題。通常采用的方法是調(diào)整串聯(lián)在IGBT集電極與驅動模塊之間的二極管V的個數(shù)，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模塊過流保護動作電壓與IGBT的通態(tài)飽和壓降Uce(ON)之差。

圖2 混合驅動模塊與IGBT過流保護的配合

上述用改變二極管的個數(shù)來調(diào)整過流保護動作點的方法，雖然簡單實用，但精度不高。這是因為每個二極管的通態(tài)壓降為固定值，使得驅動模塊與IGBT集電極c之間的電壓不能連續(xù)可調(diào)。在實際工作中，改進方法有兩種：

(1)改變二極管的型號與個數(shù)相結合。例如，IGBT的通態(tài)飽和壓降為2.65V，驅動模塊過流保護臨界動作電壓值為7.84V時，那么整個二極管上的通態(tài)壓降之和應為7.84-2.65=5.19V，此時選用7個硅二極管與1個鍺二極管串聯(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)，則能較好地實現(xiàn)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，上述改進方法很難精確設定IGBT過流保護的臨界動作電壓值如果用電阻取代1～2個二極管，如圖2(b)，則可做到精確配合。

另外，由于同一橋臂上的兩個IGBT的控制信號重疊或開關器件本身延時過長等原因，使上下兩個IGBT直通，橋臂短路，此時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。圖中用兩個與門對同一橋臂上的兩個IGBT的驅動信號進行互鎖，使每個IGBT的工作狀態(tài)都互為另一個IGBT驅動信號可否通過的制約條件，只有在一個$IGBT被確認關斷后，另一個IGBT才能導通，這樣嚴格防止了臂橋短路引起過流情況的出現(xiàn)。

圖3 IGBT橋臂直通短路保護

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