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大功率开关电源IGBT短路?;さ娜稚杓品椒?/h2>

发布时间:2012-12-02 责任编辑:sherryyu

【导读】开关电源同其它电子装置一样,短路是最严重的故障,短路?;な欠窨煽浚怯跋炜氐缭纯煽啃缘闹匾蛩?。而大功率的开关电源大多都是用的IGBT这种电力电子开关元器件,要防止整个开关电源的的短路,那就要在IGBT短路?;ぐ踩那榭鱿卤Vた氐缭吹恼T俗?。

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点,是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。 IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小,一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短,而且使关断时电流下降率 过大,由于漏感及引线电感的存在,导致IGBT集电极过电压,该过电压可使IGBT锁定失效,同时高的过电压会使IGBT击穿。因此,当出现短路过流时,必须采取有效的?;ご胧?br />  
为了实现IGBT的短路?;ぃ虮匦虢泄骷觳?。适用IGBT过流检测的方法,通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic,然后与设定的阈值比较,用比较器的输出去控制驱动信号的关断;或者采用间接电压法,检测过流时IGBT的电压降Vce,因为管压降含有短路电流信息,过流时Vce增大,且基本上为线性关系,检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较,比较器的输出控制驱动电路的关断。

在短路电流出现时,为了避免关断电流的 过大形成过电压,导致IGBT锁定无效和损坏,以及为了降低电磁干扰,通常采用软降栅压和软关断综合?;ぜ际酢?/p>

在设计降栅压?;さ缏肥保费≡窠嫡ぱ狗群退俣?,如果降栅压幅度大(比如7。5V),降栅压速度不要太快,一般可采用2μs下降时间的软降栅压,由于降栅压幅度大,集电极电流已经较小,在故障状态封锁栅极可快些,不必采用软关断;如果降栅压幅度较?。ū热?V以下),降栅速度可快些,而封锁栅压的速度必须慢,即采用软关断,以避免过电压发生。

为了使电源在短路故障状态不中断工作,又能避免在原工作频率下连续进行短路?;げ然鄱斐蒊GBT损坏,采用降栅压保护即可不必在一次短路?;ち⒓捶馑缏?,而使工作频率降低(比如1Hz左右),形成间歇“打嗝”的?;し椒?,故障消除后即恢复正常工作。

下面是几种IGBT短路?;さ氖涤玫缏芳肮ぷ髟怼?br />  
(1)利用IGBT的Vce设计过流?;さ缏?/strong>

图1是利用IGBT过流时Vce增大的原理进行?;さ牡缏?,用于专用驱动器EXB841。EXB841内部电路能很好地完成降栅及软关断,并具有内部延迟功能,以消除干扰产生的误动作。含有IGBT过流信息的Vce不直接送至EXB841的集电极电压监视脚6,而是经快速恢复二极管VD1,通过比较器IC1输出接至EXB841的脚6,其目的是为了消除VD1正向压降随电流不同而异,采用阈值比较器,提高电流检测的准确性。如果发生过流,驱动器EXB841的低速切断电路慢速关断IGBT,以避免集电极电流尖峰。

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(2) 利用电流传感器设计过流保护电路

图2(a)是利用电流传感器进行过流检测的IGBT?;さ缏罚缌鞔衅鳎⊿C)初级(1匝)串接在IGBT的集电极电路中,次级感应的过流信号经整流后送至比较器IC1的同相输入端,与反相端的基准电压进行比较,IC1的输出送至具有正反馈的比较器IC2,其输出接至PWM控制器UC3525的输出控制脚10。不过流时,VAVref,VB为高电平,C3充电使VC>Vref,IC2输出高电平(大于1.4V),关闭PWM控制电路。因无驱动信号,IGBT关闭,而电源停止工作,电流传感器无电流流过,使VA参数,使PWM驱动信号关闭时间t2>>t1,可保证电源进入睡眠状态。正反馈电阻R7保证IC2只有高、低电平两种状态,D5,R1,C3充放电电路,保证IC2输出不致在高、低电平之间频繁变化,即IGBT不致频繁开通、关断而损坏。

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(3) 综合过流保护电路

图3是利用IGBT(V1)过流集电极电压检测和电流传感器检测的综合?;さ缏罚缏饭ぷ髟硎牵焊涸囟搪罚ɑ騃GBT因其它故障过流)时,V1的Vce增大,V3门极驱动电流经R2,R3分压器使V3导通,IGBT栅极电压由VD3所限制而降压,限制IGBT峰值电流幅度,同时经R5C3延迟使V2导通,送去软关断信号。另一方面,在短路时经电流传感器检测短路电流,经比较器IC1输出的高电平使V3导通进行降栅压,V2导通进行软关断。

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此外,还可以应用检测IGBT集电极电压的过流?;ぴ?,采用软降栅压、软关断及降低工作频率?;ぜ际醯亩搪繁;さ缏穄。开关电源?;すδ芩涫舻缭醋爸玫缙阅芤蟮母郊庸δ埽诙窳踊肪臣耙馔馐鹿侍跫?,?;さ缏肥欠裢晟撇丛ざㄉ柚霉ぷ?,对电源装置的安全性和可靠性至关重要。验收技术指标时,应对?;すδ芙醒橹ぁ?/p>

开关电源的?;し桨负偷缏方峁咕哂卸嘌?,但对具体电源装置而言,应选择合理的?;し桨负偷缏方峁梗允沟迷诠收咸跫抡嬲行У厥迪直;?。
 

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