IGBT模塊對(duì)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(duì)于電路的保護(hù)是非常必要的。本文就將對(duì)IGBT保護(hù)電路中的過(guò)流保護(hù)進(jìn)行全面地講解.
過(guò)流保護(hù)
生產(chǎn)廠家對(duì)IGBT提供的安全工作區(qū)有嚴(yán)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(hù)。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(qū)動(dòng)電路故障或干擾等引起誤動(dòng)、輸出線接錯(cuò)或絕緣損壞等形成短路、輸出端對(duì)地短路與電機(jī)絕緣損壞、逆變橋的橋臂短路等。
對(duì)IGBT的過(guò)流檢測(cè)保護(hù)分兩種情況：
(1)驅(qū)動(dòng)電路中無(wú)保護(hù)功能。這時(shí)在主電路中要設(shè)置過(guò)流檢測(cè)器件。對(duì)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(duì)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(gè)IGBT上，如圖1(b)所示。前者只用一個(gè)電流互感器檢測(cè)流過(guò)IGBT的總電流，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，但檢測(cè)精度較差;后者直接反映每個(gè)IGBT的電流，測(cè)量精度高，但需6個(gè)電流互感器。過(guò)電流檢測(cè)出來(lái)的電流信號(hào)，經(jīng)光耦管向控制電路輸出封鎖信號(hào)，從而關(guān)斷IGBT的觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。
圖1 IGBT的過(guò)流檢測(cè)
(2)驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)有保護(hù)功能。如日本英達(dá)公司的HR065、富士電機(jī)的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驅(qū)動(dòng)與保護(hù)功能于一體的集成電路(稱(chēng)為混合驅(qū)動(dòng)模塊)，其電流檢測(cè)是利用在某一正向柵壓Uge下，正向?qū)ü軌航礥ce(ON)與集電極電流Ie成正比的特性，通過(guò)檢測(cè)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(hào)的混合驅(qū)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(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)選用。
由于混合驅(qū)動(dòng)模塊本身的過(guò)流保護(hù)臨界電壓動(dòng)作值是固定的(一般為7～10V)，因而存在著一個(gè)與IGBT配合的問(wèn)題。通常采用的方法是調(diào)整串聯(lián)在IGBT集電極與驅(qū)動(dòng)模塊之間的二極管V的個(gè)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(qū)動(dòng)模塊過(guò)流保護(hù)動(dòng)作電壓與IGBT的通態(tài)飽和壓降Uce(ON)之差。
圖2 混合驅(qū)動(dòng)模塊與IGBT過(guò)流保護(hù)的配合
上述用改變二極管的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)整過(guò)流保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)的方法，雖然簡(jiǎn)單實(shí)用，但精度不高。這是因?yàn)槊總€(gè)二極管的通態(tài)壓降為固定值，使得驅(qū)動(dòng)模塊與IGBT集電極c之間的電壓不能連續(xù)可調(diào)。在實(shí)際工作中，改進(jìn)方法有兩種：
(1)改變二極管的型號(hào)與個(gè)數(shù)相結(jié)合。例如，IGBT的通態(tài)飽和壓降為2.65V，驅(qū)動(dòng)模塊過(guò)流保護(hù)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(yīng)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(xiàn)配合(2)二極管與電阻相結(jié)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(shè)定IGBT過(guò)流保護(hù)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(hào)重疊或開(kāi)關(guān)器件本身延時(shí)過(guò)長(zhǎng)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(shè)置橋臂互鎖保護(hù)，如圖3所示。圖中用兩個(gè)與門(mén)對(duì)同一橋臂上的兩個(gè)IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(qū)動(dòng)信號(hào)可否通過(guò)的制約條件，只有在一個(gè)$IGBT被確認(rèn)關(guān)斷后，另一個(gè)IGBT才能導(dǎo)通，這樣嚴(yán)格防止了臂橋短路引起過(guò)流情況的出現(xiàn)。
圖3 IGBT橋臂直通短路保護(hù)
在IGBT模塊中對(duì)電路的過(guò)流保護(hù)是非常必要的，因?yàn)镮GBT的耐過(guò)流與耐過(guò)壓能力比較差，所以只要出現(xiàn)意外就有可能對(duì)整體電路造成傷害，從而導(dǎo)致時(shí)間與成本的浪費(fèi)，因此非常有必要對(duì)IGBT進(jìn)行有效的保護(hù)來(lái)規(guī)避這種情況。
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