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IGBT的过流保护
过流保护的类型
IGBT的过电流保护可分为两种类型:
一种是过载保护,过载电流为 -;
另一种是短路保护,短路电流为8~10倍的额定电流。
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不同类型过流保护的特点:
对于过载保护,由于过载电流值不大,且电流上升速度较慢,因此不必快速响应,可采用集中式的保护,即检测逆变器直流输入端或直流环节的总电流,当此电流超过设定值之后,输出过载信号,同时封锁逆变装置中所有IGBT驱动器的输入脉冲,使装置的输出电流降为零。
对于短路保护,由于短路电流值很大,且电流上升速度很快,加上元器件能够承受过载电流的时间很短,因此必须进行快速响应。要求一旦发生短路,能迅速发出短路保护信号,使装置中的IGBT驱动信号中断,输出电流降为零。
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IGBT短路的类型
1. IGBT从断态直接进入短路状态。
发生这种短路有两种情况,
一是当IGBT开通时,负载早已经短路,且寄生电感很小;
二是当器件开通时,另一个半桥的IGBT还没有关断。
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2. IGBT从正常导通状态进入短路
由于短路的电流快速上升,IGBT退出饱和状态。
VCE的上升产生流过Miller电容CGC的电流,这个电流在栅极电阻上产生压降,导致IGBT的栅极电压在短路瞬间升高,使短路电流在栅极电压回落到正常值之前出现很大的尖峰。
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IGBT的短路电流特性
短路电流特性是IGBT的最重要的特性之一。
一般当IGBT驱动电压为15V时,要求短路时间至少为10μs而不损坏器件。
1700V及以下电压等级的IGBT短路时,一般短路电流最大值是25℃电流标称值的8-10倍。
因此,必须在极短时间内,降低短路电流,并对IGBT进行关断。
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1. IGBT短路时的输出特性
有关,而且与门极驱动电压VGE和结温Ti有关。
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2. 允许短路时间tsc
IGBT在不损坏的前提下能够承受短路的时间称为允许短路时间tsc, tsc的大小由集电极功耗决定。
tsc 与饱和压降VCE(SAT)的关系:
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tsc与短路电流Isc和门极驱动电压VG的关系
当IGBT短路时,减小VG可使Isc减小,延长tsc。
利用这种特性可以适当延长IGBT短路故障的检测时间。
在故障检测时间结束之前,如果故障仍存在,则关断IGBT,切除故障。
如果故障消失,则为瞬间“假过流”,电路可以恢复正常工作。
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利用降低VG的方法使短路电流减小的波形示意图
门极电压VG为15V,发生短路故障时,Isc急剧增加。
这时如果将VG降为10V,则短路电流Isc显著减小。
在延时搜索时间间隔内,故障消失,则将VG恢复为正常值15V。
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IGBT过流的检测方法
(1)VCE检测,也叫退饱和检测,(a)所示。当集电极电流IC增大时,饱和压降UCE增大如图。二极管检测到电压升高触发短路保护动作。
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