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如何实现IGBT负载短路保护

作者:Shawn 发布时间:2019/12/24 来源:世强 浏览量:1699 相关关键词: IGBT 短路保护 光耦

      目前市场涉及到的大功率电源产品,往往主回路采用了整流加逆变的设计,其中逆变的核心就是IGBT。IGBT作为主回路的功率开关管,需要实时监测IGBT电压,电流及温度等,这样能保证IGBT的在工作过程中,不易出现损坏情况。温度检测可以通过NTC电阻来实现,电流可以通过采样电阻或者霍尔来进行检测。电压检测可以用IGBT本身在出现退饱和的情况下,利用Vce电压变化来实现,但这需要带保护的驱动芯片来实现该功能,RENESAS推出的带IGBT保护的门极驱动光耦PS9402可以实现该功能。

       门极驱动光耦PS9402采用SOP16引脚封装,具有2.5A驱动电流,内置IGBT保护功能。通过门极驱动光耦PS9402的DESAT引脚连接到IGBT的C极,实现负载短路保护电路,通过Fault引脚向微控制器发送故障信号实现IGBT的保护。
                                                                              图为PS9402内部电路图
       对于IGBT功率管自身在遇到过流或短路情况发生的时候,内部是允许瞬间承受大约10us的过流能力,所以驱动保护芯片必须在这个时间内关断IGBT才能保护IGBT,防止IGBT损坏。
如下图所示为门极驱动光耦PS9402 DESAT引脚进行短路保护的示意图:

       当连接到门极驱动光耦PS9402的IGBT发生过流或短路情况,IGBT的集电极电流会升高,此时IGBT处于退饱和状态,IGBT集电极和发射极之间的电压(C-E电压)会变大。 如果这种状态继续下去,IGBT将损坏。 因此,必须在IGBT能承受的短路时间内进行保护住。门极驱动光耦PS9402检测IGBT集电极电压典型值为6.9V, 在关断IGBT时,通过PS9402的专用MOSFET(称为软关断),栅极存储电荷缓慢放电,从而防止出现大电压尖峰。 然后PS9402发送FAULT信号给微控制器,实现IGBT关断。检测到故障(tDESAT(MUTE))后的一段时间,进入自动恢复模式,并且当微控制器下次向PS9402发送LED ON信号时,IGBT将重新打开。

在发生IGBT短路故障到IGBT关断,驱动芯片所需的保护时间计算如下:

IGBTgateoff time=td(blank) + tBLANK + tDESAT(10%)=1.8us+2.9us+2us=6.7us

其保护时序图如下图:

通过驱动芯片PS9402的DESAT引脚,可以保障IGBT在发生过流或短路故障时能快速的关断,保障整个产品设计的可靠性。

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