上图是采样H桥对地的电流,举个例子:如果IGBT是40A,我们可以采取2倍左右的峰值电流,也就是80A,对应上图,RS为0.01R,如果流入超过80A脉冲电流那么在该电阻上产生0.01R*80A=0.8V电压,此电压经过R11,C11消隐之后到比较器的+端,与来自-端的基准电压相比较,图上的-端参考电阻设置不对,实际中请另外计算,本例可以分别采用5.1K和1K电阻分压变成0.81V左右到-端,此时如果采样电阻RS上的电压超过0.8V以上,比较器立即翻转,输出SD 5V电平到外部的电路中。这个变化的电平信号就是我们后面接下来需要使用的是否短路过流的信号了。
有了这个信号了,那我们如何关闭IGBT呢?我们可以看情形是否采取软关闭,也可以采取直接硬关闭。
采取软关闭,可以有效防止在关闭的瞬间造成电路的电压升高的情况,关闭特性非常软,很温柔,非常适合于高压大功率的驱动电路。
如果采取硬关闭,可能会造成高压DC上的电压过冲,比如第一图中的DC400V高压可能变成瞬间变成DC600V也说不定,当时我看一些资料上的记载的时候,非常难以理解:关就关了嘛,高压难道还自己升上去了?实际情况却是真实存在的。
如果大家难以理解,可以做个试验,家里有水塔的,最清楚,水塔在很高的楼上,水龙头在一楼,打开水龙头,水留下来了,然后用极快的速度关闭这个水龙头,你会听到水管子有响声,连水管子都会要震动一下(不知道说的对不对,请高手指正,在此引入水龙头这个例子还得感谢我读书的时候,老师看我们太笨了,讲三极管特性原理的时候打的比喻,在此我要感谢他),IGBT在桥电路的原理同样如此。在IGBT严重短路的时候,如果立马硬关闭IGBT,轻则只是会在母线上造成过冲的感应电压(至于为何会过冲可以查相关资料,很多资料都说到了),管子能抗过去,比如你在直流高压母线上并联了非常好的吸收电容,有多重吸收电路等等……
重则,管子关闭的时候会失效,关了也没有用,IGBT还是会被过冲电压击穿短路,而且这个短路是没有办法恢复的,会立即损坏非常多的电路。有时候没有过压也能引起这种现象,这个失效的原理具体模型本人未知,但是可以想象的是可能是由于管子相关的其他寄生电容和米勒电容共同引起失效的,或者是由于在过流,短路信号发生时候,IGBT已经发生了擎柱效应就算去关,关也关不死了。
还有第三种方式,是叫做:二级关闭,这种方式简单来说,就是检测到了短路,过流信号,PWM此时这个脉冲并没有打算软关闭或直接关闭,而是立即将此时刻对应的VGE驱动脉冲电压降低到8V左右以此来判断是否还是在过流或短路区域,如果还是,继续沿用这个8V的驱动,一直到设定的时间,比如多个个us还是这样就会立即关了,如果是,PWM将会恢复正常。这种方式一般可能见到不多,所以我们不做深入研究。
理解了这些,我们可以看情况来具体采用那些关闭的方式,我认为在2KW级别中,DC380V内,直接采取硬关闭已经可以满足要求了,只需要在H桥上并联吸收特性良好的一个电容,就可以用600V的IGBT了。
关键的一点就是检测时候要快速,检测之后要关闭快速,只有做到了快,IGBT就不会烧。