IGBT保護(hù)的問(wèn)題：短路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)

IGBT保護(hù)的問(wèn)題

現(xiàn)在只總結(jié)IGBT驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)芯片能保護(hù)到的IGBT的項(xiàng)。

1.Vce過(guò)壓

2.Vge過(guò)壓

3.短路保護(hù)

4.過(guò)高的di/dt

主要是看一下短路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)

短路的定義

1.橋臂內(nèi)短路（直通）命名為一類(lèi)短路；

2.橋臂間短路（大電感短路）命名為二類(lèi)短路，可以使用霍爾檢測(cè)，格局電流變化率來(lái)判定。

IGBT發(fā)生短路時(shí)，描述短路電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下這是個(gè)線(xiàn)性方程，它表示，在短路發(fā)生時(shí)，電流的絕對(duì)值與電壓，回路中的電感量，及整個(gè)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間有關(guān)系。

絕大部分的短路，母線(xiàn)電壓都是在額定點(diǎn)的，影響短路電流的主要因素是“短路回路中的電感量”。因此對(duì)短路行為進(jìn)行分類(lèi)定義時(shí)，短路回路中的電感量是主要的分類(lèi)依據(jù)。

如果短路回路中的電感量在繼續(xù)增大，那么電流變化率就變得更低，此時(shí)就不是短路了，變成“過(guò)流”了。這時(shí)候需要電流傳感器或者特定的電路來(lái)感知電流的絕對(duì)數(shù)值，從而進(jìn)行“過(guò)流保護(hù)”。通常驅(qū)動(dòng)芯片只能進(jìn)行短路保護(hù)，不能進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。短路保護(hù)和過(guò)流保護(hù)是兩個(gè)不一樣的概念。

短路保護(hù)原理：

短路保護(hù)，desat保護(hù)又叫退飽和保護(hù)。

1.如下圖是一款驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的原理框圖

其原理是：（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)位被鉗位到低位，比較器不翻轉(zhuǎn)；

（2）當(dāng)IGBT進(jìn)入開(kāi)通過(guò)程中，T1截止，IGBT進(jìn)入飽和導(dǎo)通，電流源1流過(guò)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快速上升直至母線(xiàn)電壓，Dm馬上截止，電流源1則向 Ca充電，Ca的點(diǎn)位線(xiàn)性上升，達(dá)到門(mén)檻時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)。

短路保護(hù)其實(shí)是驅(qū)動(dòng)芯片監(jiān)測(cè)的 Vce之間的壓降?？梢詤⒖紨?shù)據(jù)手冊(cè)得知desat設(shè)定的閾值,Vce達(dá)到這個(gè)閾值就開(kāi)始進(jìn)行短路保護(hù)動(dòng)作。

IGBT發(fā)生短路時(shí)，電流上升至4倍額定電流以上，最終IGBT是要將這個(gè)電流關(guān)斷掉的，這時(shí)的電流數(shù)值比平常工作的電流高了許多，所以此時(shí)的電壓尖峰也是非常高的。所以為了防止高的電壓尖峰損壞IGBT，還需要引入有源鉗位電路吸收掉此時(shí)的高電壓尖峰。

過(guò)流保護(hù)：

IGBT過(guò)流是回路電感較大，電流爬升緩慢（相較于短路），IGBT不會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，所以需要靠電流傳感器來(lái)感知電流的數(shù)值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

除了通過(guò)電流傳感器來(lái)采集電流之外，和可以在驅(qū)動(dòng)電路中引入過(guò)流檢測(cè)電路。Di/dt檢測(cè)，Vce飽和壓降檢測(cè)都可以檢測(cè)過(guò)流。

電流傳感器檢測(cè)主要采用閉環(huán)霍爾電流傳感器進(jìn)行采樣，受限于霍爾傳感器的頻帶寬度及控制采樣電路的延遲，實(shí)時(shí)性可能還有待提高；di/dt檢測(cè)主要是依據(jù)IGBT的功率E級(jí)和驅(qū)動(dòng)E級(jí)之間的寄生電感來(lái)判斷電流的大小，而此電感參數(shù)并不容易測(cè)量；Vce飽和壓降檢測(cè)可采用IGBT驅(qū)動(dòng)芯片的去飽和Desat檢測(cè)功能。

原理圖如下圖：

D5為 低 溫 漂 型 電 壓 比 較 器LM2903。通過(guò)調(diào)整 Ｒ1、Ｒ2的阻值可在 D5的 2 腳端得到

需要的閾值電壓 Vth。IGBT 正常工作時(shí)，D5的 3 腳端電壓低于 Vth，比較器輸出為低電平，由于比較器輸出為三極管 OC 門(mén)輸出，DESAT 端電壓箝位在約 0 V 的低電平，無(wú)過(guò)流故障發(fā)生; 當(dāng) IGBT 的 VCE因過(guò)流上升，D5的 3 腳電壓高于 Vth時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平，OC 門(mén)關(guān)斷，DESAT 端電壓上升到 + 15 V，超過(guò)芯片內(nèi)部的 6. 5 V 比較門(mén)限，過(guò)流故障發(fā)生。

采用電壓基準(zhǔn)源 TL431 和電壓比較器 LM2903 的過(guò)流保護(hù)電路可根據(jù) IGBT 的不同調(diào)整 Ｒ1、Ｒ2的阻值，生產(chǎn)調(diào)試較為方便。

編輯：黃飛

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