30kVA逆变电源中IGBT的驱动与保护

金属氧化物压敏电阻是一种良好的电压尖峰抑制器件，它的响应时间为ns级，能抑制宽度很窄的尖峰电压，金属氧化物压敏电阻具有通流容量大（500A～5000A），平均漏电流小（几μA），使用电压范围广（30V～1500V），体积孝可靠性高且价格便宜等特点。但它能抑制的尖峰电压宽度不能过大，否则压敏电阻将会因功耗过大而烧坏。

（2）并在直流母线上的无感电容。

（3）由R，C，VD组成的放电阻止型缓冲电路，在放电阻止型缓冲电路中，要选择高频特性好的无感电容器作为缓冲电容，要选择过渡正向电压低，反向恢复时间短，反向恢复特性软的二极管作为缓冲二极管，缓冲二极管的反向耐压及峰值正向电流要与IGBT的额定电压及额定电流相当。

图4栅极过压保护电路

3.2栅极过电压保护

IGBT的栅极出现过电压的原因有两个：

（1）静电聚积在栅极电容上引起过压；

（2）密勒效应引起的栅极过压，栅极过压保护电路如图4所示。

3.3过电流保护

图5集中过电流保护框图

在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下，会造成IGBT因过流而损坏。在30kVA逆变电源中，采用集中过电流保护与分散过电流保护相结合的过流保护策略，所谓集中过电流保护，就是通过检测逆变桥输入直流母线上的电流，当该电流值超过设定的阈值时，封锁所有桥臂IGBT的驱动信号；分散过电流保护是通过检测逆变桥各个桥臂上的电流，当该电流超过设定的阈值时，封锁该桥臂IGBT的驱动信号，采取双重过电流保护使装置的可靠性大大提高。

（1）集中过电流保护

图6分散过电流保护电路原理图

图5所示为集中过电流保护的原理图

电流检测点放在直流侧，检测元件采用日本HINODE公司的直测式霍尔效应电流传感器HAP8－200/4，用以检测直流侧电压的瞬时值。HAP8－200/4需要±15V的供电电源，额定电流为±200A，饱和电流在450A以上，额定输出电压为±4V，di/dt响应时间在10μs以下。在正常情况下，集中过电流保护电路的输出OC为高电平，一旦直流母线电流超过设定的阈值，比较器LM311的输出状态将由高电平变为低电平，经过R2，C2的延迟，OC将由高电平变为低电平，这个低电平的信号将使封锁电路动作，封锁逆变桥所有IGBT的驱动信号。R2C2组成的延迟电路是为防止封锁电路误动作而采取的抗干扰措施。

（2）分散过电流保护

图6所示为分散过电流保护的原理图。我们知道，当栅极驱动电压不变时，IGBT的饱和压降UCE（sat），将随着集电极电流Ic的增大而增大，通过查阅三菱1200VIGBT的产品手册可知，UCE（sat）与Ic的关系可由如下经验公式表示出来：其中Iced为IGBT的额定电流。

因此通过监测UCE（sat），就可以判断IGBT是否过流。在图6中，M57962L通过快恢复二级管VD1及稳压管VZ来监测UCE（sat），当M57962L输入侧光耦导通后，并且当UAE=UCE（sat）＋UVD1＋UVZ超过阈值UAE＊后，将开始软关断，M57962L的输出电压将从正栅压逐渐下降到负栅压。经测试发现，当VEE=10V，VCC=15V时，阈值UAE＊=9.5V，并且当VEE不变时，VCC每增加1V，UAE＊也将加1V。可以看出，改变稳压管VZ的稳压值可以改变分散过流阈值。在实际装置中，VCC=15V，VEE=10V，VD为ERA34－10，其管压降为0.5V，UVZ=5V，这样分散过流保护的电流阈值为3倍的额定电流。

3.4过热保护

IGBT过热的原因可能是驱动波形不好或电流过大或开关频率太高，也可能由于散热状况不良。可以利用温度传感器检测IGBT的散热器温度，当超过允许温度时使主电路停止工作。

4结语

本文介绍IGBT的驱动电路M57962L和逆变电源中IGBT的过压，栅极过压，过流、过热保护措施，所介绍的驱动与保护技术及其实现电路，已成功地应用于我们所研制的30kVA正弦波逆变电源装置中，由于该电源具有良好的驱动和可靠的保护措施，即使在输出直接短路的情况下，仍能保证IGBT不损坏，从而确保电源整机工作的可靠性。