IGBT驱动的欠压保护电路及过流保护电路

1、Z11302L22Z11302L22二二屮igbt驱动的欠压保护电路及过流保护电路作者：海飞乐技术 时间：2017-06-19 14:321.欠压保护电路一般情况下，IGBT栅极电压V需要+15V才能使IGBT进入深饱和。如果V低于10V时，IGBT将工作在线性区，并且很快因过热而被烧坏。GEIGBT驱动要求电源电压为正电压不低于10V，负电压不低于-12V，-般欠压保护常用稳压管检测电源电压以保护IGBT。欠压保护电路如图1所示，采用两只稳压值分别为12V和10V的稳压管Z1和Z2。U4A2.过流保护电路2.过流保护电路图1欠压保护电路当正负电压均不欠压时，三极管Q6进入饱和导通，比较器LM

2、193 反向端电压被拉低，比较器正向电压由电阻分压得到，为5V左山。所 以比较器输出高电平，无欠压故障信号。当正电压欠压时（低于10V），10V稳压管Z2不能被击穿，使得Q6 截止，比较器反向端电压升高，比较器输出低电平故障信号。当负电压欠压时（低于-12V），12V稳压管Z1阴极大于0，,使得Q6 基极电压被拉低而截止，比较器也会输出电平故障信号。通过对流保护检测及措施的研究，驱动电路采用如下过流保护电 路：（1）采用饱和压降v（s检测法，来检测过流和短路情况，并且过 流阈值可调，检测过流范范围iGBT额定集电极电流1.2倍到10倍；（2）过流保护采用软关断的方法。即检测到过流发生时，立即缓

3、慢 降低栅极电压，限制集电极电流继续上升，并软关断IGBT，经过固定 延时后，再硬关断IGBT（此时软关断电路退出，保证故障情况下可靠关 断 IGBT）。H 6YLZQIH 6YLZQI图2过流保护电路图2所示为设计的过流保护电路。其中RC_refA和PWM信号反向, 与IGBT开通时，RC_refA变低，比较器正向端电压V由RCA端电压ref决定，其中通过改变RCA电阻和电容值，可以调节V大小以及参考时 间长短(即电压下降时间)，V可调范围为0V-15V。比较器反向端通过 连接检测二极管来检测IGBT饱和压降，IGBT关断时检测的V 上升 到稳压管Z3电压10V。ce(sat)由以上分析可知

4、，通过调节RCA处的RA电阻值，可以改变过流保 护时饱和压降阈值。根据IGBT数据手册中的输出特性曲线，可以确定 电流和饱和压降的对应关系，从而确定保护阈值。目前大功率IGBT驱动器的过流保护主要是针对短路保护设计，同 时为了增强抗干扰能力，一般短路保护阈值设置的会高一些。以下是过流保护电路工作原理： 正常情况下，比较器正向端V始终大于反向端V，如图3(a)所示，比较器输出高电平，过流保护逻辑使M0SFET(1hl和M2在任何时候都是一个开通而另一个关断，这样IGBT关断时通过低阻值 电阻R1来把推挽电路基极电压拉低至-15V，此则IGBT为硬关断；当lGBT开通过慢或参考时间过短(如图3(b

5、)、运行时短路(如 图3(c)以及开通过程中短路(如图3(d)时，比较器均输出低电平故 障信号。过流保护逻辑使M1和M2同时关断，推挽电路基极不经低阻 值电阻R1放电，而是通过较大阻值的软关断电阻R来缓慢放电，使ssdIGBT栅极电压慢速下降，限制短路电流，并软关断IGBT。通过调节R的值的大小，就可以调节栅极电压下降的速度。经过固定延时后， ssd M1导通，推挽电路基极经R1被迅速拉低T5V，硬关断IGBT。过流保 护逻辑如图3(c)所示。运行中短路，仿真电路图如图4所示，导通状态时闭合开关S,将负载 短路，直流电压为800A，IGBT模块选择运行中短路，仿真电路图如图4所示，导通状态时闭

6、合开关S,将负载 短路，直流电压为800A，IGBT模块选择BSM200GA120D，短路电流为额 定电流8倍。a吉图4短路保护仿真电路图当不加软关断电阻时，IGBT的栅极电压、集电极电流、集射极电 压仿真波形如图5所示。集电扱电谎案肘极屯压图5不加软关断电阻仿真波形无软关断电阻时，集射极电压最大为1331V,栅极电压快速下降，下降时间为0.4us，集电极电流从1540A下降到0所用时间约为0.8us。1600 yov电压1000：集电极电流iHM卜Vr t 2*31fepiiUIhiB i*jU|11 3taLAHJ 云：I： Z-. all .11 CE V ?_ = ：:!时耐）图6软关断电阻10k仿真波形当推挽电路基极接入软关断电阻时，阻值为10k、如图6所示，集 射极电压最大938V，栅极电压慢速下降，持续时间3us后硬关断，而 此时集电极电流已降低到0,集电极电流从1540A下降到0所用时间 约为2us。由以上仿真波形可见，推挽电路基极加上软关断电阻后，IGBT关 断速度减慢，集电极电流下降时间变长，集射极浪涌电压大大减小。由于IGBT模块的输入电容不同，则软关断时栅极电压的下降速度 也会