IGBT短路保护的应用及意义.doc

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1、IGBT短路保护的应用及意义IGBT短路保护电路可以实现快速保护，同时能节省检测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低報个系统的成木。实践证明，该电路有比较大的实用价值，尤其是在低直流母线电压的应用场合，可以应用于大型的高频逆变器。在变频器的内部的育流电源部分的输出（连接到逆变器）的两根线上分别有两个霍尔器件.在正常情况下，流出育流源（流入逆变器）的电流和流冋育流源（从逆变器流冋）的电流是相等的。两个霍尔器件上的电压是平衡的.一旦发生接地故障，流出肓流源的电流同流冋真流源的电流不等，两个两个霍尔器件上的电压不等，变频器检

2、测到这种情况，就立刻发出报警信号，实施接地保护，所以接地保护的基木原理，并不是靠出现了较大的接地短路电流来进行保护的。ICI4043IC4BCD4066INOUTD7>H+5VH

3、—OGNDC9IC4C

4、+IC2CLM339R23+5V+I2V4-GND-rCZh-0丄C7JR02T0+12VR9D8►IGNDRIO□=dR201C2DLM339D4R5R6㈣［0R149丄C8GNDR5IC5ALM324C

5、2/?8IC5BLM324R7R22«32IC5CR6DIOR2GNDGNDR26R30R31GNDGND图2IGBT短路保护电路原理图IC2BLM339K28GNDGNDR03R2GND在桀流、逆变T作状态或单相DC/DCT.作状态下，PWM电路的分析过稈及结论基木类似）。在图11・2所示的电路屮，在市电电源Us的正半周期，将Ug2.4所示的高频驱动信号加在下半桥两只IGBT的栅极上，得到管压降波形UT2D。其工作过程分析如下：在t1〜t2时刻，受驱动信号的作用,T2、T4导通（实际上是T2导通，D4处于续流状

6、态），在Us的作用下通过电感LS的电流增加，在T2管上形成如图11・2屮UT2D所示的按指数规律上升的管压降波形，该管压降是通态电流在IGBT导通时的体电阻上产生的压降；在t2〜t3时刻，T2、T4关断，由于电感LS屮有储能，因此在电感LS的作用下，二极管D2、D4续流，形成图11・3屮UT2.D的阴影部分所示的管压降波形，以此类推。分析表明，为了能够检测到IGBT导通时的管压降的值，应该将在t1〜t2时刻IGBT导通时的管压降保留，而将在t2〜t3时刻检测到的IGBT的管压降的值剔除，即将图11・3屮UT2.D的阴

7、影部分所示的管压降波形剔除。由于IGBT的开关频率比较高，而且存在较大的开关噪声，因此在设计采样电路时应给予足够的考虑。图11・2IGBT短路保护电路原理图1（：I4043iCED+5VR5Z?I8R0R}6C3T0/J4-12VR12IC2CLM339R23C2+5V凹io«149XCNDGNDRIOR02IC2DLM3394/IC2B一rCD401l57-JrdJR2054C33R2CD4066jxR3D7>

8、Y+5¥H

9、-OGNDC9IC4CI（：4BCD4066INOUTGNDR

10、5IC5ALM324IC5CR67DIOIC5BLM324R7R2GNDR30R29GNDR031C2BLM339R4CZJ—鬥I~R22uGNDGNDR26K28R27R3IGNDGNDGND图2IGBT短路保护电路原理图图11-2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岀的数据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“育通”现彖)，则这时在下管IGBT的C〜E极两端将会产生比正常值大很

11、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.OV4--—-4015s图3电路中IGBT管压降仿真波形图11—32、短路保护电路的设计由对图11・2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11-2所示。在图11・2所示电路屮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及其外川器件构成门限比较电路，IC1及其外囤器件构成保持电路。正常情况下，D1、D2、D3的阴极所连接的IC2D、I

12、C2C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-cl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