電力變換裝置中短路保護電路的設計

2.2 利用電流互感器實現的短路保護電路

圖2是利用電流互感器實現過流檢測的IGBT短路保護電路。其中電流互感器TA的初級串接在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V_ref進行比較，IC₁輸出V_B至具有正反饋的比較器IC₂的同相輸入端C點，由IC₂的輸出經R8接至EXB841的腳6上。不過流時，IC₁的V_A小于V_ref，輸出V_B為低電平約0.2V，經R₁送到IC₂比較器的同相端C形成V_C，因此時V_C小于V_ref，IC₂輸出為低電平，EXB841正常工作。當出現過流時，電流互感器檢測到的整流電壓將升高，V_A大于V_ref，V_B為高電平，由R1給C3充電，經一定的延時后，V_rC將大于V_ref，IC₂輸出高電平，EXB841保護電路工作，使IGBT降柵壓軟關斷。IGBT關閉后，電流互感器初級無電流流過，使V_A又小于V_ref，V_rB又回到0.2V左右，C₃經R₁放電，當V_C小于V_ref時，IC₂輸出低電平，電路重新進入工作狀態。如果過流繼續存在，保護電路又恢復到原來的限流保護工作狀態，反復循環使EXB841的輸出驅動波形處于間隔輸出狀態，使IGBT輸出電流有效值減小，達到保護IGBT的目的。電位器W1用于

圖2 利用電流互感器實現的短路保護電路

調整IC₁比較器過流動作閾值。電容器C₃可經D₅和R₅快速充電，經R₁慢速放電，只要合理地選擇R₁，R₅和C₃的參數，可實現EXB841比較快關閉IGBT而較慢恢復IGBT。正反饋電阻R₇保證IC₂比較器具有遲滯特性，和R₁和C₃充放電電路一起，保證IC₂輸出不致于在高、低電平之間頻繁變化，使IGBT頻繁開通、關斷而損壞，提高了電路的可靠性。

2.3 利用短路V_ce和電流互感器過流檢測同時實現的短路保護電路

圖3是利用IGBT過流集電極電壓檢測和電流互感器過流檢測同時實現的短路保護電路。當負載短路（或IGBT因其它故障過流）時，IGBT的V_ce將增大，V_D1關斷，導致由R₁提供的電流經R₂和R₃分壓器提供的電壓，使V₃導通，從而使IGBT柵極電壓由V_D3所限制而降壓，限制了IGBT峰值電流的幅度，該電壓同時經R₅及C₃延遲使V₂導通，送去軟關斷信號。為了提高短路保護電路的可靠性，圖3電路還增加了短路電路檢測保護，它是由電流互感器TA，整流橋U和IC₁等組成，短路發生時經電流傳感器TA檢測出短路電流信號，使比較器IC₁輸出高電平，該高電平一方面使V₃管導通，完成IGBT的降柵壓保護，另一方面由V₂導通進行IGBT軟關斷保護。

圖3 利用短路V_ce和過電流檢測同時實現的短路保護電路

2.4 具有降柵壓軟關斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路

圖4是一具有降柵壓軟關斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路。

圖4 具有降柵壓軟關斷及降低工作頻率的綜合短路保護電路