最簡單的短路保護電路圖（四）

IGBT短路保護的實用電路

圖7是利用IGBT過流時Vce增大的原理進行保護的電路，用于專用驅動器EXB841。EXB841內部電路能很好地完成降柵及軟關斷，并具有內部延遲功能，以消除干擾產生的誤動作。含有IGBT過流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監視腳6，而是經快速恢復二極管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，提高電流檢測的準確性。如果發生過流，驅動器EXB841的低速切斷電路慢速關斷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增大的原理進行保護

圖8是利用電流傳感器進行過流檢測的IGBT保護電路，電流傳感器（SC）初級（1匝）串接在IGBT的集電極電路中，次級感應的過流信號經整流后送至比較器IC1的同相輸入端，與反相端的基準電壓進行比較，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控制電路的輸出驅動波形圖

圖8 利用電流傳感器進行過流檢測的IGBT保護電路

當出現過流時，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），關閉PWM控制電路。因無驅動信號，IGBT關閉，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R1放電，當C3放電到使VC《Vref時，IC2又輸出低電平，電源重新進入工作狀態，如果過流繼續存在，保護電路又回復到原來的限流保護工作狀態，反復循環使PWM控制電路的輸出驅動波形處于間隔輸出狀態，如圖8（b）所示波形。電位器RP1調整比較器過流動作閾值。電容器C3經D5快速充電，經R1慢速放電，只要合理地選擇R1，C3的參數，使PWM驅動信號關閉時間t2》》t1，可保證電源進入睡眠狀態。正反饋電阻R7保證IC2只有高、低電平兩種狀態，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、關斷而損壞。

圖8 利用電流傳感器進行過流檢測的IGBT保護電路圖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電路，電路工作原理是：負載短路（或IGBT因其它故障過流）時，V1的Vce增大，V3門極驅動電流經R2，R3分壓器使V3導通，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R5C3延遲使V2導通，送去軟關斷信號。另一方面，在短路時經電流傳感器檢測短路電流，經比較器IC1輸出的高電平使V3導通進行降柵壓，V2導通進行軟關斷。

圖9 綜合過流保護電路

圖10是應用檢測IGBT集電極電壓的過流保護原理，采用軟降柵壓、軟關斷及降低工作頻率保護技術的短路保護電路。

圖10

正常工作狀態，驅動輸入信號為低電平時，光耦IC4不導通，V1，V3導通，輸出負驅動電壓。驅動輸入信號為高電平時，光耦IC4導通，V1截止而V2導通，輸出正驅動電壓，功率開關管V4工作在正常開關狀態。發生短路故障時，IGBT集電極電壓增大，由于Vce增大，比較器IC1輸出高電平，V5導通，IGBT實現軟降柵壓，降柵壓幅度由穩壓管VD2決定，軟降柵壓時間由R6C1形成2μs。同時IC1輸出的高電平經R7對C2進行充電，當C2上電壓達到穩壓管VD4的擊穿電壓時，V6導通并由R9C3形成約3μs的軟關斷柵壓，軟降柵壓至軟關斷柵壓的延遲時間由時間常數R7C2決定，通常選取在5～15μs。V5導通時，V7經C4R10電路流過基極電流而導通約20μs，在降柵壓保護后將輸入驅動信號閉鎖一段時間，不再響應輸入端的關斷信號，以避免在故障狀態下形成硬關斷過電壓，使驅動電路在故障存在的情況下能執行一個完整的降柵壓和軟關斷保護過程。

V7導通時，光耦IC5導通，時基電路IC2的觸發腳2獲得負觸發信號，555輸出腳3輸出高電平，V9導通，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，驅動器的輸出信號將工作在所謂的“打嗝”狀態，避免了發生短路故障后仍工作在原來的頻率下，連續進行短路保護導致熱積累而造成IGBT損壞。只要故障消失，電路又能恢復到正常工作狀態。