【技术】逆变器出现故障？高性能光耦驱动器帮您有效保护IGBT
【摘要】为了实现对IGBT管VCEsat的有效检测和保护，RENESAS推出了光耦驱动器PS9402，可提供16-pin SOP封装，其集成了IGBT VCEsat退饱与检测和米勒钳位功能的隔离门极驱动器，因为集成了这些保护和反馈功能，可以大大简化IGBT驱动电路的外围设计。
逆变器中的故障可以通过对不同节点进行检测进而实现故障保护，当然，对于被检测到的故障的反应也有可能不尽相同。本文主要介绍如何实现快速保护，前提是故障在开关及其驱动端被检测到，并且开关器件由隔离驱动器直接关断。
如果故障检测位于开关及其驱动之外，则故障信号先被送到逆变器的控制器，并从控制器触发故障反应程序，这一过程通常被称为慢保护。而当前的变频器大多按其应用场合的特点，通过快慢保护程序相结合的方式来实现保护功能。
图1给出了一个典型的电压型变频逆变器拓扑。图中标注出了可能检测到故障电流的测试点。
图1： 典型电压型逆变器的故障电流检测点示意图
故障电流的检测可做如下区分：
1）过电流：可在1-7点检测
2）桥臂直通短路：可在1-4和6-7点检测
3）负载短路：可在1-7点检测
4） 对地短路：可在1、3、5、6点检测，或者通过计算1点与2点电流之差来得到。
原则上，短路电流要求快速实现保护，以在驱动电路的输出端实现直接控制，这是因为在短路发生后IGBT开关管必须在10us甚至更短时间内关闭。为此，故障电流可以在检测点3、4、6和7点处检测。
在1-5点的电流检测可通过测量分流器或感应式电流互感器来实现。分流器的方式实现简单，要求低电阻、低电感的功率分流器，测量信号易受干扰；而电流互感器比分流器复杂，但其测量信号不易受到干扰。
在测试点6和7，故障电流的检测可直接在IGBT的端子处进行。在这里比较常用的保护方法就是VCEsat饱和检测，如图2所示。VCEsat饱和检测应用了IGBT管参数表中所给出的集电极电流和正向电压的关系。一个快速的高压二极管被用来检测集电极-发射极电压，并与一个参考值相比较。如果参考值被超过，故障响应程序就会被触发，然后关闭IGBT管。由于短路时IGBT会迅速脱离饱和区，所以VCEsat检测非常适合于短路检测。
为了保证在正常运行时安全可靠地开通IGBT，开通时VCEsat检测在集电极-发射极电压降到参考电压值以下前必须被锁定。由于在这一时间内短路保护并不存在，所以该锁定时间不能超过10us。当然，温度以及器件参数的离散性会影响VCEsat的检测，但这一点比较容易克服。
图2： 故障电流的Vcesat检测
为了实现对IGBT管VCEsat的有效检测和保护，各种智慧型隔离驱动陆续被推出来满足这种需求。Renesas推出的光耦驱动器PS9402就是其中的一个典型产品。
PS9402是集成了IGBT VCEsat退饱与检测和米勒钳位功能的隔离门极驱动器。因为其集成了这些保护和反馈功能，可以大大简化IGBT驱动电路的外围设计。目前PS9402可提供16-pin SOP封装的产品，见图3。
图3： PS9402实物图
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尼古拉斯福旺 Lv7. 资深专家 2019-01-24看起来跟333j差不多，价格有优势么 -
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可乐2013 Lv7. 资深专家 2019-01-24不错，学习了 -
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伏藏 Lv3. 高级工程师 2019-01-23厉害厉害 -
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用户20268907 Lv6. 高级专家 2019-01-22学习了 -
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用户75754124 Lv5. 技术专家 2019-01-18可以，加油 -
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小白扬 Lv5. 技术专家 2019-01-17学习 -
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用户37866299 Lv6. 高级专家 2019-01-16学习 -
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Locust Lv7. 资深专家 2019-01-13学习了 -
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Jin Lv8. 研究员 2019-01-11好东西！ -
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hghee Lv8. 研究员 2019-01-10支持一下
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