IGBT功率放大電路保護方法的應用

　　驅動信號檢測模塊包含三個模塊：計數，鎖存和控制，如圖2所示。其中，計數模塊統計驅動信號的高電平的時標頻率信號個數，并輸出鎖存清零信號，鎖存模塊將數據鎖存，控制模塊判斷驅動信號高電平內的時標頻率信號的個數是否超過預置門限值。

　　過熱檢測

　　IGBT的損耗功率隨著開關頻率的增高而增大，大功率運行時，損耗功率易急劇增加發熱，由于IGBT的結溫不超過125℃，基于IGBT的功率開關電路不能長期工作在結溫點上限，否則，IGBT將過熱損毀，因此，設計出溫度檢測電路，實現對IGBT的結溫檢測，從而達到保護目的。

　　設計過熱保護電路時，首先選擇一個適當的工作溫度值，作為外部控制系統的報警與保護動作門限值，電路設計可以采用類似過流檢測電路的模式，適用比較電路實現;再者，選用表面貼裝式溫度測量模塊安裝在IGBT模塊的散熱器表面，溫度傳感器監測輸出IGBT的工作溫度。

　　這樣，當溫度超過預設的報警溫度臨界點，保護電路能夠及時采樣溫度信號，并使得過熱保護電路響應輸出。

　　另外，對于采用水循環散熱的IGBT功率放大電路，設置冷卻水流量監測，實時檢測功放單元工作時冷卻水的流量，監測流量是否超過IGBT工作時適宜的溫度值需要的流量限定值;當冷卻水的流量低于設定下限，過熱檢測電路輸出過熱保護信號。

　　以上兩種過熱檢測電路在實際運行時，過熱報警觸發輸出的信號與直流電源開關的IGBT的驅動板的驅動信號產生邏輯關聯，閉鎖IGBT驅動器的驅動信號輸出，進而切斷功率放大器的IGBT直流電源的供電，從而保護功率開關電路的IGBT器件。

　　仿真與實驗

　　針對前文設計的驅動信號脈沖寬度檢測電路，通過仿真進行功能驗證，仿真結果如圖3所示，當驅動信號(signal)脈沖過窄時，檢測模塊輸出高電平(signal_error)信號，意味著驅動信號的高電平信號脈寬小于預先設定的脈寬門限值上限，輸出高電平報警。　　

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　　實驗驗證

　　為了進一步驗證本文所設計的保護電路的有效性，在IGBT功率放大器上進行了實際測試。圖4與圖5舉例過流保護動作后的實驗波形，圖中曲線分別為功率放大器輸出電壓波形、輸出電流波形。

　　觀察分析曲線的結果，得出結論：當IGBT在不同工作參數運行期間，一旦發生過流信號被保護電路檢測，IGBT驅動板封鎖驅動信號輸出，IGBT被關閉，通過IGBT功率放大電路的電壓和電流在極短時間內降為零值，IGBT得到保護。

　　結語

　　本文介紹了基于IGBT功率放大器的三種保護方式：一個IGBT直流供電過流檢測電路，一個基于CPLD的驅動信號脈沖寬度檢測邏輯電路，一個針對IGBT結溫設計檢測的電路;并且對設計保護電路進行了舉例仿真和實驗舉例，驗證了保護電路的功能。

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