IGBT的过流保护

　　IGBT因其饱和压降低和工作频率高等优点而成为大功率开关管的首选，但IGBT和晶闸管一样，其抗过载能力不强，因此需给IGBT安装过流保护电路。
　　
　　过流保护方式有软关断和降栅压两种。软关断是指在过流和短路时，直接关断IGBT。由于这一方式的抗干扰能力差（因为电路一旦检测到过流信号就关断，很容易发生误动作），故在实际中很少采用。
　　
　　在降栅压方式中，通常会设有固定延时电路，是指在检测到IGBT过流时，立即降低栅压，IGBT仍维持导通，但导通电流会被限制在一个较小范围内，避免IGBT过流损坏。一旦降栅压保护启动，若延时后过流故障依然存在，则关断IGBT；若故障消失，则IGBT栅压自动恢复为正常值，这样可大大增强IGBT的抗干扰能力。
　　
　　下图是采用降栅压方式的过流保护电路。正常工作时，因故障检测二极管VD1的导通，将a点的电压钳位在稳压二极管VZ1的击穿电压以下，三极管VT1截止。当电路发生过流和短路故障时，IGBT的C、e极间电压（Uce）上升，a点电压随之上升，升到一定值时，VZ1击穿，VT1导通，b点电压下降，电容C1通过电阻R1充电，当电容两端电压升到约1.4V时，三极管VT2导通，IGBT的G极电压随电容两端电压的上升而下降。通过调节C1的容量，可控制电容的充电速度，进而控制UGe的下降速度。当电容两端电压上升到稳压二极管VZ2的击穿电压时，VZ2击穿，UGe被钳位在一固定值上，降栅压过程结束。同时，光耦导通，输出过流信号。

　　如果在延时过程中，故障现象消失了，则a点电压降低，VT1恢复截止，C1通过R2放电，d点电压升高，VT2也恢复截止，UGe上升，电路恢复正常工作状态。
　　
　　值得一提的是，在IGBT导通时，由于电容C2有一定的延时时间，IGBT管的Uce从高电压降为导通压降，过流保护电路不动作。
　　
　　在实际应用中，由于过流保护电路与IGBT直接连接，且多为热地供电系统（这部分电路常称为主电路），而驱动信号形成电路多处于冷地供电系统，这两部分电路常采用高速光耦进行隔离，如下图所示。
　　
　　正常工作时Q3、Q4均处于截止状态。当驱动信号为高电平时，光耦截止，A点电位为高电平，Q5导通，B点电位为高电平，Q2导通，Q1截止，IGBT的G、e极电压被Q2、R1、D1、D2、D3钳位在＋15V、IGBT能够快速导通。在此期间，由R8、、C2组成的延时电路使Q4保持截止状态。虽然C2的两端电压按充电规律上升，但由于IGBT已饱和导通，且导通压降很低，在D9的钳位作用下，C点电位为低电平，所以在IGBT正常导通时，Q3、Q4均处于截止状态。当驱动信号为低电平时，光耦导通，A点电位为低电平，Q5截止；B点电位为低电平，Q2截止，Q1导通，IGBT的G、e极电压经Q1、R1、D1钳位在－5V，可使IGBT快速关断，此时D9反向关断，阻止主电路高压窜入控制回路。在IGBT关断期间，C2两端电压通过R6放电，使C点电平更低，所以在IGBT关断期间，Q3、Q4总处于截止状态。
　　
　　当发生过流时，IGBT的G、e极间电压升高，此时D9反向关断，于是C点电压随C1充电电压的上升而增加，当过流现象持续约15Rs时，C点电压使稳压管D6导通，Q3随之导通，经Q3、D4、D1将IGBT的G、e极间电压降至10V左右。若C点电压在10μs之内又恢复到低电平，则Q3截止，电路恢复为正常工作状态。若过电流现象持续10μs以上，则C点电压继续上升，从而使稳压管D5导通，Q4立即导通，D点电位为低电平，Q1导通，由于C1的放电作用，则IGBT慢速关断。同时，E点电位经由两个与非门组成的RS锁存器锁定在高电平，高速光耦一直处于导通状态。此时，IGBT的G、e极间电压将被锁定为一5V，IGBT处于可靠地关断状态。在过流保护启动后，只有将故障排除，再通过闭合复位开关，才能重新解除过流保护状态。

本文关键字：暂无联系方式器件命名及常用参数，元器件介绍 - 器件命名及常用参数