二代大功率IGBT短路保護和有源鉗位電路設計
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1．3．2 IGBT短路保護電路策略
從IGBT短路波形圖可知，當IGBT短路發(fā)生時，電流上升至IGBT的4倍額定電流，驅動保護電路要將這個電流關斷，這時的電流值比逆變器正常電流高4倍以上，勢必產生很高的電壓尖峰。為了防止電壓尖峰損壞IGBT，需要引入有源鉗位電路。
因此，大功率IGBT短路保護電路的控制策略：
(1)短路保護電路；
(2)有源鉗位電路。
1．3．3 大功率IGBT驅動電路的設計規(guī)范
大功率IGBT驅動電路的設計規(guī)范：
(1)采用隔離變壓器；
(2)采用Vcesat飽和壓降進行短路檢測和管理，包括軟關斷動作，以及采用不同的門極電阻進行開通和關斷。
由于大功率IGBT驅動電路復雜，本文以瑞士CONCEPT公司最新推出的第二代SCALE-2模塊2SC0435T作為核心部件，設計驅動電路。與第一代SCALE-1模塊2SD315A比較，2SC0435T改進了短路保護功能，增加了有源鉗位功能。
2 大功率IGBT短路保護電路設計
2．1 SCALE模塊的內部結構
SCALE模塊內部主要由三個功能模塊構成，即邏輯驅動轉化接口LDI、電氣隔離模塊和智能柵極驅動IGD。
第一個功能模塊是由輔助電源和信號輸入兩部分組成。
其中信號輸入部分主要將控制器的PWM信號進行整形放大，并根據需要進行控制，之后傳遞到信號變壓器，同時檢測從信號變壓器返回的故障信號，將故障信號處理后發(fā)送到故障輸出端；輔助電源的功能是將輸入的直流電壓經過單端反激式變換電路，轉換成兩路隔離電源供給輸出驅動放大器使用。
第二個功能模塊是電氣隔離模塊，由兩個傳遞信號的脈沖變壓器和傳遞功率的電源變壓器組成。防止功率驅動電路中大電流、高電壓對一次側信號的干擾。
第三個功能模塊是驅動信號輸出模塊，IGD主要對信號變壓器的信號進行解調和放大，對IGBT的短路和過流進行檢測，并進行故障存儲和短路保護。
2．2 一代SCALE-1短路保護電路
圖3所示為CONCEPT第一代SCALE-1的經典IGBT保護電路，工作原理是：
(1)當IGBT關斷時，T1導通，電流源1被T1旁路，Ca的點位被鉗在低位，比較器不翻轉。
(2)當IGBT進入開通的過程中，T1截止，IGBT進入飽和導通，電流源1流過Rm，Dm及IGBT形成回路，比較器不翻轉。
(3)當IGBT出現短路時，會退出飽和區(qū)，Vce快速上升至直流母線電壓，Dm馬上截止，電流源1則向Ca充電，Ca的電位線性上升，到達門檻時比較器翻轉。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/175794.htm
參數設定：
(1)比較器的反向輸入端為參考電壓值，Vth=150μA*Rth；
(2)正常導通時，集電極電壓為飽和電壓值，一般為2V左右，加上2個1N4007的壓降，以及恒流源1．4mA通過Rm的壓降，可得出同相端電壓值一般為3V左右；
(3)短路或過流時，1N4007反向截止，1．4mA的恒流源給Ca充電，由U=1T／C可推出響應時間。
響應時間與定時電容Ca、參考電壓電阻Rth的關系見表1。
因為Vth設定為飽和電壓值，電路在應用中易導致驅動器誤保護。
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