一种新型的IGBT短路保护电路的设计

图
　　
　　根据以上的分析可知，在正常情况下，ＩＧＢＴ导通时的管压降Ｕｃｅ(ｓａｔ)的值都比较低，通常都小于器件手册给出的数据Ｕｃｅ(ｓａｔ)的额定值。但是，如果Ｈ型桥式变换电路发生故障（如同一侧桥臂上的上下两只ＩＧＢＴ同时导通的“直通”现象），则这时在下管ＩＧＢＴ的Ｃ～Ｅ极两端将会产生比正常值大很多的管电压。若能将此故障时的管压降值快速地检测出来，就可以作为对ＩＧＢＴ进行保护的依据，从而对ＩＧＢＴ实施有效的保护。
　　
　　２短路保护电路的设计
　　
　　由对图１所示电路的分析，可以得到ＩＧＢＴ短路保护电路的原理电路图，如图２所示。在图２所示电路中?ＩＣ４及其外围器件构成选通逻辑电路，由ＩＣ５及其外围器件构成滤波及放大电路，ＩＣ２及其外围器件构成门限比较电路，ＩＣ１及其外围器件构成保持电路。正常情况下，Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３的阴极所连接的ＩＣ２Ｄ、ＩＣ２Ｃ及ＣＤ４０１１的输出均为高电平，ＩＣ１的输出状态不会改变。假设由于某种原因，在给Ｔ２发驱动信号的时候，Ｈ型桥式ＰＷＭ变换电路的左半桥下管Ｔ２的管压降异常升高（设电平值为“高”），即Ｔ２－ｄ端电压异常升高，则该高电平ＵＴ２－ｄ通过Ｒ２加在Ｄ８的阴极；同时，发给Ｔ２的高电平驱动信号也加在二极管Ｄ５的阴极。对ＩＣ２Ｃ来说，其反相输入端为高电平，若该电平值大于同相输入端的门槛电平值的话，则ＩＣ２Ｃ输出为“低”。该“低”电平通过Ｄ２加在Ｒ－Ｓ触发器ＩＣ１的Ｒ输入端，使其输出端Ｑ的输出电平翻转，向控制系统发出ＩＧＢＴ故障报警信号。如果是由于右半桥下管Ｔ４的管压降异常升高而引起ＩＣ２Ｄ输出为“低”，则该“低”电
　　
　　
　　
　　平通过Ｄ１加在Ｒ－Ｓ触发器ＩＣ１的Ｒ输入端，使其输出端Ｑ的输出电平翻转，向控制系统发出ＩＧＢＴ故障报警信号。由ＩＣ５Ａ和ＩＣ５Ｃ及其外围器件构成的滤波及放大电路将选通电路送来的描述ＩＧＢＴ管压降的电压信号进行预处理后，送给由ＩＣ５Ｂ构成的加法器进行运算处理。若加法器的输出电平大于由Ｒ２２和Ｒ３２确定的门槛电平，则会使Ｒ－Ｓ触发器ＩＣ１的Ｒ端的第三个输入端为“低”，也向控制系统发出ＩＧＢＴ故障报警信号。改变由Ｒ２２和Ｒ３２确定的门槛电平，就可以灵活地改变这第三路报警信号所代表的物理意义，从而灵活地设计保护电路。图２中的端子Ｔ４－ｄ、Ｔ２－ｄ，分别接在Ｔ４、Ｔ２的集电极上，Ｔ４－Ｇ、Ｔ２－Ｇ分别接ＩＧＢＴ器件Ｔ４、Ｔ２的驱动信号。在电路设计时应该特别注意的是，Ｄ８、Ｄ５、Ｄ９、Ｄ４必须采用快速恢复二极管。
　　
　　３仿真及实验结果
　　
　　当图１所示的ＰＷＭ变换器工作在单相高频整流模式下，应用ＰＳＰＩＣＥ仿真软件对图２所示的电路进行仿真研究，可以得到如图３所示的结果。图３所示的仿真波形相当于在图２电路中ＩＣ５Ｂ的第７脚观察到的信号波形。仿真结果表明，检测电路可以快速、有效地将ＰＷＭ变换器的下管导通时的管压降检测出来。图４所示波形是实际电路工作时检测到的相关波形。图中，１＃通道显示的是单相高频整流电感电流的给定波形，２＃通道显示的是实际检测到的图２电路中ＩＣ５Ｂ的第７脚的工作波形。比较图３和图４可以得出，该检测电路可以快速、有效地检测出ＩＧＢＴ导通时的管压降，从而对ＩＧＢＴ实施有效的保护。
　　
　　图５所示为ＩＧＢＴ过流时实际检测到的ＰＦＣ电感中流过的电流及保护电路动作的波形。
　　
　　电路实际运行结果证明，本文介绍的ＩＧＢＴ短路保护电路可以有效地对ＩＧＢＴ实施保护，成本低

《一种新型的IGBT短路保护电路的设计(第2页)》