3.数字化保护电路设计
对IGBT的保护操作主要包括电压故障的保护、电流故障的保护以及温度故障的保护,而这些故障对应的检测电路的输出信号通常情况下均为数字信号。因而,可将故障信号直接送入数字可编程芯片进行处理分析,根据不同的故障类型配置不同的保护操作。
当检测电路检测到故障信号并反馈给数字化保护电路时,保护电路首先需要对该故障信号进行甄别,判断是否为有效的错误信号,从而避免误保护。对如何确认故障信号,一般采用计数器计数再判断的原理,假设错误信号为低电平有效,在接收到低电平后,如果低电平持续时间小于故障确认时间tc,则认为该电平为干扰电平,大于故障确认时间tc的电平为有效电平。不同类型的故障,确认的时间不一样,具体时间根据该类故障下的电气特性而定。
针对不同类型的故障,其关断保护的控制策略也不同。例如,IGBT在发生短路故障时,集电极电流IC快速上升至额定电流的数倍,此时就需要对IGBT进行软关断操作,从而避免因关断速率过快而引起关断浪涌电压过高,造成IGBT的二次损坏。同时,针对不同类型的故障,其关断保护的响应时间也不同。通常情况下,在检测到IGBT故障信号后,驱动器会对故障信号进行快速的甄别和响应,关断处于故障状态下的IGBT。但是对于IGBT的过载过电流故障,由于其过载时电流值为额定值的1.2~1.5倍,因而过载过电流不需要快速响应,允许有短时间的过载运行状态。
图5为一种数字化保护电路的实现方法,此策略针对不同类型的故障信号,设置不同的关断保护方式和保护动作的响应时间。当故障信号输入到主控制芯片后,控制芯片会对故障类型进行判断。若是为过载故障,则对故障信号的真伪进行甄别,经过故障确认时间tc1后,故障状态仍存在,则对IGBT进行关断保护操作。过载故障时集电极电流较低,因此只需要正常关断即可。针对短路过电流故障保护时的关断应力较大的问题,此策略选用软关断的方式来避免关断过压的二次伤害。