二代大功率IGBT短路保護(hù)和有源鉗位電路設(shè)計(jì)
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1．3．2 IGBT短路保護(hù)電路策略
從IGBT短路波形圖可知，當(dāng)IGBT短路發(fā)生時(shí)，電流上升至IGBT的4倍額定電流，驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路要將這個(gè)電流關(guān)斷，這時(shí)的電流值比逆變器正常電流高4倍以上，勢(shì)必產(chǎn)生很高的電壓尖峰。為了防止電壓尖峰損壞IGBT，需要引入有源鉗位電路。
因此，大功率IGBT短路保護(hù)電路的控制策略：
(1)短路保護(hù)電路；
(2)有源鉗位電路。
1．3．3 大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)規(guī)范
大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)規(guī)范：
(1)采用隔離變壓器；
(2)采用Vcesat飽和壓降進(jìn)行短路檢測(cè)和管理，包括軟關(guān)斷動(dòng)作，以及采用不同的門極電阻進(jìn)行開通和關(guān)斷。
由于大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，本文以瑞士CONCEPT公司最新推出的第二代SCALE-2模塊2SC0435T作為核心部件，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路。與第一代SCALE-1模塊2SD315A比較，2SC0435T改進(jìn)了短路保護(hù)功能，增加了有源鉗位功能。
2 大功率IGBT短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)
2．1 SCALE模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
SCALE模塊內(nèi)部主要由三個(gè)功能模塊構(gòu)成，即邏輯驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化接口LDI、電氣隔離模塊和智能柵極驅(qū)動(dòng)IGD。
第一個(gè)功能模塊是由輔助電源和信號(hào)輸入兩部分組成。
其中信號(hào)輸入部分主要將控制器的PWM信號(hào)進(jìn)行整形放大，并根據(jù)需要進(jìn)行控制，之后傳遞到信號(hào)變壓器，同時(shí)檢測(cè)從信號(hào)變壓器返回的故障信號(hào)，將故障信號(hào)處理后發(fā)送到故障輸出端；輔助電源的功能是將輸入的直流電壓經(jīng)過單端反激式變換電路，轉(zhuǎn)換成兩路隔離電源供給輸出驅(qū)動(dòng)放大器使用。
第二個(gè)功能模塊是電氣隔離模塊，由兩個(gè)傳遞信號(hào)的脈沖變壓器和傳遞功率的電源變壓器組成。防止功率驅(qū)動(dòng)電路中大電流、高電壓對(duì)一次側(cè)信號(hào)的干擾。
第三個(gè)功能模塊是驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出模塊，IGD主要對(duì)信號(hào)變壓器的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和放大，對(duì)IGBT的短路和過流進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行故障存儲(chǔ)和短路保護(hù)。
2．2 一代SCALE-1短路保護(hù)電路
圖3所示為CONCEPT第一代SCALE-1的經(jīng)典IGBT保護(hù)電路，工作原理是：
(1)當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，T1導(dǎo)通，電流源1被T1旁路，Ca的點(diǎn)位被鉗在低位，比較器不翻轉(zhuǎn)。
(2)當(dāng)IGBT進(jìn)入開通的過程中，T1截止，IGBT進(jìn)入飽和導(dǎo)通，電流源1流過Rm，Dm及IGBT形成回路，比較器不翻轉(zhuǎn)。
(3)當(dāng)IGBT出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)退出飽和區(qū)，Vce快速上升至直流母線電壓，Dm馬上截止，電流源1則向Ca充電，Ca的電位線性上升，到達(dá)門檻時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175794.htm
參數(shù)設(shè)定：
(1)比較器的反向輸入端為參考電壓值，Vth=150μA*Rth；
(2)正常導(dǎo)通時(shí)，集電極電壓為飽和電壓值，一般為2V左右，加上2個(gè)1N4007的壓降，以及恒流源1．4mA通過Rm的壓降，可得出同相端電壓值一般為3V左右；
(3)短路或過流時(shí)，1N4007反向截止，1．4mA的恒流源給Ca充電，由U=1T／C可推出響應(yīng)時(shí)間。
響應(yīng)時(shí)間與定時(shí)電容Ca、參考電壓電阻Rth的關(guān)系見表1。
因?yàn)閂th設(shè)定為飽和電壓值，電路在應(yīng)用中易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器誤保護(hù)。
評(píng)論