最簡單的短路保護(hù)電路圖（四）

IGBT短路保護(hù)的實用電路

圖7是利用IGBT過流時Vce增大的原理進(jìn)行保護(hù)的電路，用于專用驅(qū)動器EXB841。EXB841內(nèi)部電路能很好地完成降柵及軟關(guān)斷，并具有內(nèi)部延遲功能，以消除干擾產(chǎn)生的誤動作。含有IGBT過流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監(jiān)視腳6，而是經(jīng)快速恢復(fù)二極管VD1，通過比較器IC1輸出接至EXB841的腳6，其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不同而異，采用閾值比較器，提高電流檢測的準(zhǔn)確性。如果發(fā)生過流，驅(qū)動器EXB841的低速切斷電路慢速關(guān)斷IGBT，以避免集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器件。

圖7 采用IGBT過流時Vce增大的原理進(jìn)行保護(hù)

圖8是利用電流傳感器進(jìn)行過流檢測的IGBT保護(hù)電路，電流傳感器（SC）初級（1匝）串接在IGBT的集電極電路中，次級感應(yīng)的過流信號經(jīng)整流后送至比較器IC1的同相輸入端，與反相端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，IC1的輸出送至具有正反饋的比較器IC2，其輸出接至PWM控制器UC3525的輸出控制腳10。不過流時，VA《Vref，VB=0.2V，VC《Vref，IC2輸出低電平，PWM控制器正常工作。

（a） 電路原理圖

（b） PWM控制電路的輸出驅(qū)動波形圖

圖8 利用電流傳感器進(jìn)行過流檢測的IGBT保護(hù)電路

當(dāng)出現(xiàn)過流時，電流傳感器檢測的整流電壓升高，VA》Vref，VB為高電平，C3充電使VC》Vref，IC2輸出高電平（大于1.4V），關(guān)閉PWM控制電路。因無驅(qū)動信號，IGBT關(guān)閉，而電源停止工作，電流傳感器無電流流過，使VA《Vref，VB=0.2V，C3經(jīng)R1放電，當(dāng)C3放電到使VC《Vref時，IC2又輸出低電平，電源重新進(jìn)入工作狀態(tài)，如果過流繼續(xù)存在，保護(hù)電路又回復(fù)到原來的限流保護(hù)工作狀態(tài)，反復(fù)循環(huán)使PWM控制電路的輸出驅(qū)動波形處于間隔輸出狀態(tài)，如圖8（b）所示波形。電位器RP1調(diào)整比較器過流動作閾值。電容器C3經(jīng)D5快速充電，經(jīng)R1慢速放電，只要合理地選擇R1，C3的參數(shù)，使PWM驅(qū)動信號關(guān)閉時間t2》》t1，可保證電源進(jìn)入睡眠狀態(tài)。正反饋電阻R7保證IC2只有高、低電平兩種狀態(tài)，D5，R1，C3充放電電路，保證IC2輸出不致在高、低電平之間頻繁變化，即IGBT不致頻繁開通、關(guān)斷而損壞。

圖8 利用電流傳感器進(jìn)行過流檢測的IGBT保護(hù)電路圖9是利用IGBT（V1）過流集電極電壓檢測和電流傳感器檢測的綜合保護(hù)電路，電路工作原理是：負(fù)載短路（或IGBT因其它故障過流）時，V1的Vce增大，V3門極驅(qū)動電流經(jīng)R2，R3分壓器使V3導(dǎo)通，IGBT柵極電壓由VD3所限制而降壓，限制IGBT峰值電流幅度，同時經(jīng)R5C3延遲使V2導(dǎo)通，送去軟關(guān)斷信號。另一方面，在短路時經(jīng)電流傳感器檢測短路電流，經(jīng)比較器IC1輸出的高電平使V3導(dǎo)通進(jìn)行降柵壓，V2導(dǎo)通進(jìn)行軟關(guān)斷。

圖9 綜合過流保護(hù)電路

圖10是應(yīng)用檢測IGBT集電極電壓的過流保護(hù)原理，采用軟降柵壓、軟關(guān)斷及降低工作頻率保護(hù)技術(shù)的短路保護(hù)電路。

圖10

正常工作狀態(tài)，驅(qū)動輸入信號為低電平時，光耦I(lǐng)C4不導(dǎo)通，V1，V3導(dǎo)通，輸出負(fù)驅(qū)動電壓。驅(qū)動輸入信號為高電平時，光耦I(lǐng)C4導(dǎo)通，V1截止而V2導(dǎo)通，輸出正驅(qū)動電壓，功率開關(guān)管V4工作在正常開關(guān)狀態(tài)。發(fā)生短路故障時，IGBT集電極電壓增大，由于Vce增大，比較器IC1輸出高電平，V5導(dǎo)通，IGBT實現(xiàn)軟降柵壓，降柵壓幅度由穩(wěn)壓管VD2決定，軟降柵壓時間由R6C1形成2μs。同時IC1輸出的高電平經(jīng)R7對C2進(jìn)行充電，當(dāng)C2上電壓達(dá)到穩(wěn)壓管VD4的擊穿電壓時，V6導(dǎo)通并由R9C3形成約3μs的軟關(guān)斷柵壓，軟降柵壓至軟關(guān)斷柵壓的延遲時間由時間常數(shù)R7C2決定，通常選取在5～15μs。V5導(dǎo)通時，V7經(jīng)C4R10電路流過基極電流而導(dǎo)通約20μs，在降柵壓保護(hù)后將輸入驅(qū)動信號閉鎖一段時間，不再響應(yīng)輸入端的關(guān)斷信號，以避免在故障狀態(tài)下形成硬關(guān)斷過電壓，使驅(qū)動電路在故障存在的情況下能執(zhí)行一個完整的降柵壓和軟關(guān)斷保護(hù)過程。

V7導(dǎo)通時，光耦I(lǐng)C5導(dǎo)通，時基電路IC2的觸發(fā)腳2獲得負(fù)觸發(fā)信號，555輸出腳3輸出高電平，V9導(dǎo)通，IC3被封鎖，封鎖時間由定時元件R15C5決定（約1.2s），使工作頻率降至1Hz以下，驅(qū)動器的輸出信號將工作在所謂的“打嗝”狀態(tài)，避免了發(fā)生短路故障后仍工作在原來的頻率下，連續(xù)進(jìn)行短路保護(hù)導(dǎo)致熱積累而造成IGBT損壞。只要故障消失，電路又能恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。