IGBT功率放大電路保護方法的應用

　　驅(qū)動信號檢測模塊包含三個模塊：計數(shù)，鎖存和控制，如圖2所示。其中，計數(shù)模塊統(tǒng)計驅(qū)動信號的高電平的時標頻率信號個數(shù)，并輸出鎖存清零信號，鎖存模塊將數(shù)據(jù)鎖存，控制模塊判斷驅(qū)動信號高電平內(nèi)的時標頻率信號的個數(shù)是否超過預置門限值。

　　過熱檢測

　　IGBT的損耗功率隨著開關(guān)頻率的增高而增大，大功率運行時，損耗功率易急劇增加發(fā)熱，由于IGBT的結(jié)溫不超過125℃，基于IGBT的功率開關(guān)電路不能長期工作在結(jié)溫點上限，否則，IGBT將過熱損毀，因此，設計出溫度檢測電路，實現(xiàn)對IGBT的結(jié)溫檢測，從而達到保護目的。

　　設計過熱保護電路時，首先選擇一個適當?shù)墓ぷ鳒囟戎担鳛橥獠靠刂葡到y(tǒng)的報警與保護動作門限值，電路設計可以采用類似過流檢測電路的模式，適用比較電路實現(xiàn);再者，選用表面貼裝式溫度測量模塊安裝在IGBT模塊的散熱器表面，溫度傳感器監(jiān)測輸出IGBT的工作溫度。

　　這樣，當溫度超過預設的報警溫度臨界點，保護電路能夠及時采樣溫度信號，并使得過熱保護電路響應輸出。

　　另外，對于采用水循環(huán)散熱的IGBT功率放大電路，設置冷卻水流量監(jiān)測，實時檢測功放單元工作時冷卻水的流量，監(jiān)測流量是否超過IGBT工作時適宜的溫度值需要的流量限定值;當冷卻水的流量低于設定下限，過熱檢測電路輸出過熱保護信號。

　　以上兩種過熱檢測電路在實際運行時，過熱報警觸發(fā)輸出的信號與直流電源開關(guān)的IGBT的驅(qū)動板的驅(qū)動信號產(chǎn)生邏輯關(guān)聯(lián)，閉鎖IGBT驅(qū)動器的驅(qū)動信號輸出，進而切斷功率放大器的IGBT直流電源的供電，從而保護功率開關(guān)電路的IGBT器件。

　　仿真與實驗

　　針對前文設計的驅(qū)動信號脈沖寬度檢測電路，通過仿真進行功能驗證，仿真結(jié)果如圖3所示，當驅(qū)動信號(signal)脈沖過窄時，檢測模塊輸出高電平(signal_error)信號，意味著驅(qū)動信號的高電平信號脈寬小于預先設定的脈寬門限值上限，輸出高電平報警?！　?/p>

?

　　實驗驗證

　　為了進一步驗證本文所設計的保護電路的有效性，在IGBT功率放大器上進行了實際測試。圖4與圖5舉例過流保護動作后的實驗波形，圖中曲線分別為功率放大器輸出電壓波形、輸出電流波形。

　　觀察分析曲線的結(jié)果，得出結(jié)論：當IGBT在不同工作參數(shù)運行期間，一旦發(fā)生過流信號被保護電路檢測，IGBT驅(qū)動板封鎖驅(qū)動信號輸出，IGBT被關(guān)閉，通過IGBT功率放大電路的電壓和電流在極短時間內(nèi)降為零值，IGBT得到保護。

　　結(jié)語

　　本文介紹了基于IGBT功率放大器的三種保護方式：一個IGBT直流供電過流檢測電路，一個基于CPLD的驅(qū)動信號脈沖寬度檢測邏輯電路，一個針對IGBT結(jié)溫設計檢測的電路;并且對設計保護電路進行了舉例仿真和實驗舉例，驗證了保護電路的功能。

　　參考文獻：
　　[1] 楊燕波,吳慶彪.逆變器脈寬調(diào)制中基于脈沖的死區(qū)補償方法[J].電力電子技術(shù),2009,(3)
　　[2] 王衡,沈運先,查明,邊鋼.基于CPLD的固態(tài)功率放大器的保護電路設計[J].艦船電子工程,2012,(4)
　　[3] 李縱,羅志清,袁漢祖.基于1SD1548A1的IGBT驅(qū)動器設計[J].艦船電子工程, 2012,(4)
　　[4] 常曉明, 李媛媛.Verilog-HDL工程實踐入門[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005
　　[5] 查明.基于CPLD的大功率發(fā)射機激勵信號檢測電路設計[J].艦船科學技術(shù),2008,30,(S1):101-104
　　[6] 潘星,劉會金. IGBT功率器件工作中存在的問題及解決方法[J].電力自動化設備,2004,(2):9-14
　　[7] 錢金川,朱守敏.電力電子器件IGBT的應用與保護[J].電焊機,2008,38,(3):41- 47
　　[8] 陳懷義,胡衛(wèi)華,王彥.IGBT的保護[J].電源技術(shù)應用,2004,(5)
　　[9] 張加勝,平朝春.基于單片機死區(qū)時間調(diào)制的PWM控制方法研究[J].電力電子技術(shù),2008,(2)
　　[10] 楊斌文,胡浩,張健.IGBT的保護設計[J].電氣開關(guān), 2006,(6)