汽車逆變器功率晶體管保護(hù)設(shè)計(jì)
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汽車系統(tǒng)中的逆變器為電動機(jī)控制電源的關(guān)鍵部件，它可以把相對較低的直流電池電壓轉(zhuǎn)換成為交流高電壓，其中使用功率開關(guān)來調(diào)節(jié)能量的遞送，請參考圖1。通過微控制器送出開關(guān)信號，并利用隔離門驅(qū)動器作為低電壓微控制器和高電壓功率開關(guān)間的接口。
許多新形態(tài)的功率開關(guān)，如碳化硅，都被評估是否可以使用于汽車逆變器中，但目前最具競爭力的還是IGBT。長久以來，這些功率晶體管已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高電壓和高功率的處理上，但在發(fā)展過程中卻存在缺點(diǎn)，為了把IGBT中的功率損耗降到最低，新一代的IGBT產(chǎn)品尋求降低開關(guān)和傳導(dǎo)損耗，不過，為了降低傳遞損耗，通常必須在強(qiáng)固性上做出讓步。
圖1 汽車系統(tǒng)中的逆變器使用功率開關(guān)IGBT器件控制電動機(jī)電源，但這些器件必須加以保護(hù)以確保長時(shí)間的工作壽命。
錯誤保護(hù)避免損壞
降低IGBT傳導(dǎo)損耗通常會引起短路電流的增加，從而縮減短路的存活時(shí)間，許多逆變器的內(nèi)部或外部錯誤情況會造成逆變器中一或多個(gè)IGBT短路或類似短路的過載情況，包括相位到相位輸出短路、逆變器橋接腳的過沖，以及IGBT低驅(qū)動電壓。由于IGBT會因這些錯誤而受到損壞，因此對于逆變器設(shè)計(jì)，快速并且可靠的IGBT短路檢測和保護(hù)就變得非常重要。
但并非所有這些錯誤都可以使用相位電流傳感器進(jìn)行檢測，一個(gè)比較好的替代做法是分別獨(dú)立檢測每個(gè)IGBT的負(fù)載電流大小。檢測負(fù)載電流大小有幾個(gè)方法，如使用分流電阻或射極分離的IGBT，可以產(chǎn)生正比于IGBT負(fù)載電流的電壓信號，當(dāng)信號超過設(shè)定的閥值大小時(shí)就會觸發(fā)保護(hù)機(jī)制。不過IGBT的最大可容忍電流會依采用的工藝、工作溫度以及門電壓而定，因此在設(shè)定負(fù)載電流觸發(fā)閥值時(shí)必須非常保守，以便限制IGBT的工作范圍。
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