第29卷第8期
2012年 8月
机 电 工 程
Journal of Mechanical& Electrical Engineering
Vo1.29 No.8
Aug.2012
IGBT过流保护电路设计
张海 亮 ,陈 国定 ,夏 德 印
(浙江工业大学 信息工程学院,浙江 杭州 310023)
摘要 :为解决绝缘栅双极性晶体管(IGBT)在实际应用中经 常出现 的过流击穿问题 ,在分析 了IGBT过流特性 和过流检测方法 的基础
上,根据过流时 IGBT集电极电流的大小分别设计了过载保 护电路和短路保护电路。过载保护 电路在检测到过载时立 即关断IGBT,
根据不 同的过载保护要求可实现持续封锁 、固定时间封锁及单周期封锁 IGBT的驱动信号 ;短路保护电路通过检测 IGBT通态压降判
别短路故 障,利用降栅压 、软关断和降频综合保护技术降低短路电流并安全关 断 IGBT。详细 阐述了保护 电路的保护机制及电路原
理 ,最后 对设计 的所有保护 电路进行 了对应的过流保护测试 ,给 出了测试波形图。试验结果表 明 ,IGBT保护 电路能及时进行过流检
测并准确动作 ,IGBT在不 同的过流情况下都得到 了可靠保护。
关键词 :绝缘栅双极性 晶体管 ;过流保护 ;降栅压 ;软关断
中图分类号 :TN386.2;TM13 文献标志码 :A 文章编号:1001—4551(2012)08—966—05
Design of IGBT over-current protection circuit
ZHANG Hal—liang,CHEN Guo—ding,XIA De—yin
(School of Information Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310023,China)
Abstract:In order to solve the over-current breakdown problem of insulated gate bipolar transistor(IGBT)in practical applications,
short—circuit protection circuit and overload protection circuits were proposed according to the IGBT S collector current,after the analysis
of IGBT S characteristics and over-current measures.W hen overload protection circuits detected over-current,it switched off IGBT
immediately,IGBT S drive signal can be blocked continuously,for fixed time or for a single cycle based on different overload protection
requirements;short-circuit protection circuit detected the over-current by measuring IGBT S on—state voltage drop,using dropping the
grid voltage,soft switch—off and reducing IGBT S working frequency the circuit can decrease short—circuit current and switch off IGBT
safely.Detailed elaboration of circuits operating mechanism was given.The over~current testing of the all designed protection circuits
was done.The waveform graphs were obtained.The experimental results indicate that protection circuits can detect over—current in time
and response accurately,IGBT is protected reliably under different over-current conditions.
Key words:instulated gate bipolar transistor(IGBT);over-current protection;drop grid voltage;soft switch off
O 引 言
IGBT既具有功率 MOSFET的高速开关及 电压驱
动特性 ,又具有 巨型晶体管(GTR)的低饱和电压特性
及 易实现 较大 电流 的能力 ,广泛应 用 于电机 调速 、
UPS、开关电源等领域 。
在 IGBT的应用 中 ,过流保护是其 中的一项关键
技术 。过流保护电路不仅关系到 IGBT本身的工作性
能和运行安全 ,也影响到整个系统的性 能及安全。可
以说 ,过流保护电路的设计水平在很大程度上决定了
系统整体设计 的成败。
本研究针对 IGBT不同的应用场合及多种过流情
况分别设计过流保护电路 ,并对保护电路进行测试。
1 IGBT过流保护 电路设 计要点
IGBT常见的损坏 原因有 :过热 、栅 极过 压 、 (IG—
BT集 电极一发射极 电压 )或 d / 超 限 、过 流等n 。
考虑到 IGBT高压大 电流 的应用场合 ,过流损坏的出
收稿 日期 :2012—02—16
作者简介 :张海亮 (1987一),男 ,浙江余姚人 ,主要从事 电力电子与智能电源方面的研究 .E—mail:ziv051035@163.corn
通信联 系人 :陈国定 ,男 ,教授 ,博士.E—mail:gdchen@zjut.edu.ca