短路保護(hù)的工作原理與IGBT短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

　　固態(tài)電源的基本任務(wù)是安全、可靠地為負(fù)載提供所需的電能。對(duì)電子設(shè)備而言，電源是其核心部件。負(fù)載除要求電源能供應(yīng)高質(zhì)量的輸出電壓外，還對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性等提出更高的要求。

　　IGBT是一種目前被廣泛使用的具有自關(guān)斷能力的器件，開關(guān)頻率高，廣泛應(yīng)用于各類固態(tài)電源中。但如果控制不當(dāng)，它很容易損壞。一般認(rèn)為IGBT損壞的主要原因有兩種：一是IGBT退出飽和區(qū)而進(jìn)入了放大區(qū)使得開關(guān)損耗增大;二是IGBT發(fā)生短路，產(chǎn)生很大的瞬態(tài)電流，從而使IGBT損壞。IGBT的保護(hù)通常采用快速自保護(hù)的辦法即當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，關(guān)斷IGBT驅(qū)動(dòng)電路，在驅(qū)動(dòng)電路中實(shí)現(xiàn)退飽和保護(hù);或者當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，快速地關(guān)斷IGBT。根據(jù)監(jiān)測對(duì)象的不同IGBT的短路保護(hù)可分為Uge監(jiān)測法或Uce監(jiān)測法二者原理基本相似，都是利用集電極電流IC升高時(shí)Uge或Uce也會(huì)升高這一現(xiàn)象。當(dāng)Uge或Uce超過Uge sat或Uce sat時(shí)，就自動(dòng)關(guān)斷IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。由于Uge在發(fā)生故障時(shí)基本不變，而Uce的變化較大，并且當(dāng)退飽和發(fā)生時(shí)Uge變化也小難以掌握，因而在實(shí)踐中一般采用Uce監(jiān)測技術(shù)來對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)。本文研究的IGBT保護(hù)電路，是通過對(duì)IGBT導(dǎo)通時(shí)的管壓降Uce進(jìn)行監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的保護(hù)。

　　采用本文介紹的IGBT短路保護(hù)電路可以實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)，同時(shí)又可以節(jié)省檢測短路電流所需的霍爾電流傳感器，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。實(shí)踐證明，該電路有比較大的實(shí)用價(jià)值，尤其是在低直流母線電壓的應(yīng)用場合，該電路有廣闊的應(yīng)用前景。該電路已經(jīng)成功地應(yīng)用在某型高頻逆變器中。

　　1 短路保護(hù)的工作原理

　　圖1（a）所示為工作在PWM整流狀態(tài)的H型橋式PWM變換電路（此圖為正弦波正半波輸入下的等效電路，上半橋的兩只IGBT未畫出），圖1（b）為下半橋兩只大功率器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和相關(guān)的器件波形。現(xiàn)以正半波工作過程為例進(jìn)行分析（對(duì)于三相PWM電路，在整流、逆變工作狀態(tài)或單相DC/DC工作狀態(tài)下，PWM電路的分析過程及結(jié)論基本類似）。