IGBT模块的过流保护电路设计
过流保护电路
过流保护电路是最常见、最常用的过载保护电路，根据电流检测方式的不同，大致有2种类型。
(1)检测VCE（sat）。正常开通条件下，IGBT的饱和压降约为3V左右，部分低饱和压降的产品已经做到了1.5V左右；当主电路电流过大或者发生负载短路故障时，饱和压降会升高1～2V左右。这种保护方法对IGBT本身发生短路故障不太适用。
(2)直接检测主电路电流。可以逐管、逐模块检测，也可以检测总电流，无论是负载短路还是IGBT本身短路均可检测，方法有2种：
·电流检测，一般采用电流互感器，适用于大电流电路，但是不适合检删直流电流；
·电压检测，传感器一般是电阻，检测电阻要消耗能量，适用于小电流电，既能检测直流，也能检测交流。
1.V CE(sat)检测方法
该检测方法的优点是不会在主电路上产生额外的功耗，保护电路自身的功耗也不高，有两个要点：一是IGBT开通与关断时的VCE差别很大，需要将二者区别开来，只检测开通时的V CE值；其二是如何区分IGBT开通状态下正常工作和过流状态下的VCE值。
（1）VCE（sat）检测电路框图
VCE（sat）检测电路框图如图1所示。D起隔离作用，IGBT关断时，主电路电压HV十使D反偏；IGBT开通时，VCE只有3V左右，保护电路和栅极驱动电路的电源VCC通常在15V以上，D变为正偏而导通。ZD是检测二极管，IGBT开通时，正常工作状态下的IGBT饱和压降VCE为3V，ZD上的电压为D的开通压降十V CE，ZD不被击穿；当IGBT处于过流状态时，VCE上升至5V以上，D从开通变为截止，ZD击穿导通，保护电路获得过流信号而控制栅极驱动电路停止工作。
（2）基于V CE(sat)检测的栅极钳位过流保护电路
图2是一个简单的基于VCE(sst）检测的栅极钳位过流保护电路，D1相当于图1中的D，ZD1相当于图2中的ZD。ZD2是钳位二极管，当IGBT过流时将栅极电位钳位在6V左右，使IGBT退出饱和导通而转到放大状态，使主电路的电流降下来。保护检测电路的电源由栅极驱动信号的正半周经R1降压获得，D1与R1连接点的电压Vo＝V CE(sat)十D1的开通压降十2V，ZD1的稳压值则比Vo高2V左右。这样，一旦D1被反偏截止，ZD1就会被击穿，Q2开通，ZD2被击穿，Q1的栅极电位从15V左右被钳位至6V左右。
C1起缓冲作用。ZD1被击穿时，首先对Cl进行充电，使Ql不至于迅速关断而导致感性负载产生过高的感应电压。
图3是一个自供电的检测电路，检测信号没有被放大，从检测的角度来看实属被动保护，灵敏度、抗干扰能力、可靠性都比较低，只适合于简单应用。
（3）基于V CE(sat)检测的过流保护电路
功能完善的检测电路会有独立的或者与栅极驱动电路共用的电源，检测信号也会有整形和放大，从而提高可靠性和灵敏度以及抗干扰能力。
比较常见的EXB840/850/841/851栅极驱动系列混合集成IC中的过流保护电路就是基于V CE(sat）检测的，其等效电路原理图如图3所示（这是一些厂商用分立元件仿制EXB841的电路）。
D7相当于图1中的D，起隔离作用；ZD1相当于图1中的ZD；C4相当于图2中的Cl。保护电路由Q1、Q3等元件组成。
栅极驱动电路主要由TLP550、Q2、Q4、Q5组成，栅极驱动信号从EXB841的14脚、15脚输入，输入峰值电流典型值为10mA;驱动信号从1脚、3脚输出，输出峰值电流为±4．0A。EXB841需要一组与主电源隔离的稳压电源供电，供电电压最高不超过20V。ZD2为栅极驱动关断输出提供-5V的负栅压。
·正常开通过程：栅极驱动信号从14脚（一）、15脚（十）输入→光耦IC1的输出级导通→Q2关断→Q4开通、Q5关断→外部IGBT导通。
保护电路的动作：Q1关断→C2经R3充电，以免IGBT开通过程中ZD1被击穿造成误动作；在C2充电过程中，随着IGBT的开通，IGBT的集电极电位逐渐下降至8V(以EXB841的电源为基准，同时假定IGBT的饱和压降为3V)→D7饱和导通→IGBT饱和导通，B、C点的电位被钳制在9V(假定D7的饱和压降为1V)。
·正常关断过程：栅极驱动信号停止输入→IC1关断→Q2导通→Q4关断、Q5导通→IGBT关断。
保护电路的同时动作：：Qi导通，C2放电，B、C点电位迅速下降到0→随着IGBT的关断，IGBT集电极的电位迅速上升，D7反偏截止。
·IGBT开通或者饱和导通过程中，集电极电流超过頭萣磕时，保护电路的动作过程：集电极电流过大导致C-E压降上升至8.5V(典型值）→C点电位上升至14V→ZD1击穿→Q3导通→C4放电→D6导通→D点电位下降→Q4关闭、Q5导通→IGBT关断。
可见，ZD1的稳压值与外部IGBT过流阈值的设定值有直接关系，选定了ZD1的稳压值，电路的过流保护点也就确定了。
不过，通过检测饱和压降来判断IGBT的过流状态并不精确。不同的IGBT产品，不同时代的IGBT产品，这个数值并不是固定的，应用上有一定的局限性。
2.电流检测
（1）检测原理
电流检测采用电流互感器实时检测电路电流，电路原理如图4所示。
电流互感器T可以视为一个脉冲升压变压器，主电路串联的绕组只有几圈甚至只有l圈，是为了减少检测带来的损耗。
（2）基于电流互感器检测的栅极钳位过流保护电路
一个实用的简单电路如图5所示。
用互感器检测信号直接驱动保护电路同样存在灵敏度和抗干扰问题，实际的应用电路往往像图3那样，有完善的检测和执行电路。
3.电阻压降检测
（1）电路框图
电阻压降检测与电流检测方法相比，电路更为简单，其电路框图如图6所示。
（2）基于电阻压降检测的栅极钳位过流保护电路
一个简单的实用电路如图7所示。
