电力变换装置中短路保护电路的设计

2.2 利用电流互感器实现的短路保护电路

图2是利用电流互感器实现过流检测的IGBT短路保护电路。其中电流互感器TA的初级串接在IGBT的集电极电路中，次级感应的过流信号经整流后送至比较器IC₁的同相输入端，与反相端的基准电压V_ref进行比较，IC₁输出V_B至具有正反馈的比较器IC₂的同相输入端C点，由IC₂的输出经R8接至EXB841的脚6上。不过流时，IC₁的V_A小于V_ref，输出V_B为低电平约0.2V，经R₁送到IC₂比较器的同相端C形成V_C，因此时V_C小于V_ref，IC₂输出为低电平，EXB841正常工作。当出现过流时，电流互感器检测到的整流电压将升高，V_A大于V_ref，V_B为高电平，由R1给C3充电，经一定的延时后，V_rC将大于V_ref，IC₂输出高电平，EXB841保护电路工作，使IGBT降栅压软关断。IGBT关闭后，电流互感器初级无电流流过，使V_A又小于V_ref，V_rB又回到0.2V左右，C₃经R₁放电，当V_C小于V_ref时，IC₂输出低电平，电路重新进入工作状态。如果过流继续存在，保护电路又恢复到原来的限流保护工作状态，反复循环使EXB841的输出驱动波形处于间隔输出状态，使IGBT输出电流有效值减小，达到保护IGBT的目的。电位器W1用于

图2 利用电流互感器实现的短路保护电路

调整IC₁比较器过流动作阈值。电容器C₃可经D₅和R₅快速充电，经R₁慢速放电，只要合理地选择R₁，R₅和C₃的参数，可实现EXB841比较快关闭IGBT而较慢恢复IGBT。正反馈电阻R₇保证IC₂比较器具有迟滞特性，和R₁和C₃充放电电路一起，保证IC₂输出不致于在高、低电平之间频繁变化，使IGBT频繁开通、关断而损坏，提高了电路的可靠性。

2.3 利用短路V_ce和电流互感器过流检测同时实现的短路保护电路

图3是利用IGBT过流集电极电压检测和电流互感器过流检测同时实现的短路保护电路。当负载短路（或IGBT因其它故障过流）时，IGBT的V_ce将增大，V_D1关断，导致由R₁提供的电流经R₂和R₃分压器提供的电压，使V₃导通，从而使IGBT栅极电压由V_D3所限制而降压，限制了IGBT峰值电流的幅度，该电压同时经R₅及C₃延迟使V₂导通，送去软关断信号。为了提高短路保护电路的可靠性，图3电路还增加了短路电路检测保护，它是由电流互感器TA，整流桥U和IC₁等组成，短路发生时经电流传感器TA检测出短路电流信号，使比较器IC₁输出高电平，该高电平一方面使V₃管导通，完成IGBT的降栅压保护，另一方面由V₂导通进行IGBT软关断保护。

图3 利用短路V_ce和过电流检测同时实现的短路保护电路

2.4 具有降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护电路

图4是一具有降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护电路。

图4 具有降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护电路