图2 桥臂直通保护电路

(2)使用带有过流检测的驱动光耦(例如HCPL316J)。

由IGBT的特性可知,IGBT开通时,其C、E两端电压与其通过的电流有线性关系,IGBT可在10μs内承受其额定电流4倍的峰值电流,当发生直通时,通过检测UCE的饱和压降来判断IGBT过流,从而封锁驱动信号。其通用的电路如图3所示。

图3 过流检测通用电路图

HCPL316J在驱动为高电平有效时,引脚DESAT会以典型值0.25mA的充电电流给电容C充电，当IGBT在导通时发生过流，UCE急剧升高超过设定的UCE保护电压，DESAT引脚充电电压大于7V时，HCPL316J会自动封锁驱动，软关断IGBT,从而保护IGBT不再通过大电流。通过公式I×△T=C×△U,可以计算出DESAT引脚充电电压达到7V所需要的时间为2.8μs,再加上HCPL的动作时间2μs,可以保证其保护动作时间总共不超过IGBT所能承受过流极限时间10μs,也就能保证在IGBT烧毁以前将其关断。

二极管VD的功能是传导正向电流，用于检测IGBT导通时的保护压降UCE(DESAT)，关断时，阻断主电路的高压。在IGBT关断期间,IGBT的C-E之间会有较高的dUCE/dt,进而引起C-E间的电容充电电流。为避免由于充电电流引起的误触发,该二极管最好使用快恢复二极管。短路保护的阈值电压UCE,fault(th),可通过HCPL316J的比较器内设定的参考电压Uref(Uref=7V)和带串联二极管数量来设定。实际加在C-E间的保护压降保护点电压

UCE,fault(th)=Uref-n×UF

其中n是串联二极管数,UF是二极管的正向通态压降。

桥臂直通时,实际保护波形如图4所示。

图4 (CH1:驱动电压,CH2:检测到的UCE(DESAT))

3 结束语

为了提高UPS的可靠性,保证其在一些故障情况下能自我保护,必须对逆变器的功率模块考虑过电流保护措施。首先,应在最短的时间内检测到过电流故障,分清楚是输出短路故障还是桥臂直通故障,然后再采取适当的方式保护功率模块。