【经验】实现变频器IGBT驱动的过流保护和故障反馈的方法
变频器通常应用于工业电机驱动，其工作环境比较恶劣，通常会放置在高温、粉尘丰富的生产车间，需要承受机械过载、浪涌电压以及其他突发情况。变频器运行在上述条件下，可能会有较大的电流通过其功率电路，造成变频器的损坏。
图1：通用变频器拓扑图
故障描述
从图1我们可以看到，变频器逆变部分由三相逆变桥组成，输出侧分别是U、V、W三相交流电，其过流故障可分为以下三种：
1）逆变器上下管IGBT直通。这种现象通常是由于受到EMI干扰或输入控制信号出现故障，导致其中一个桥壁的上下管IGBT同时开通，母线电压短路，IGBT瞬间直通过流。
2）相间短路。这种现象可能是由于电机性能下降、温度过高或过压事件导致电机绕组之间发生绝缘击穿所引起的。
3）相对地短路。这种现象同样可能受到电机性能下降、温度过高或过压原因导致，也有可能是认为接线故障导致对地短路。
解决方案
以上三种过流故障对于电机驱动--变频器来讲，其危害都是致命的，会导致变频器内部功率器件（主要是IGBT和整流桥）的损坏，所以在设计变频器硬件电路时，需要考虑可能出现的故障，以及给出相应的解决措施。
1）针对IGBT直通故障，由于上下管IGBT同时导通，相当于母线电压瞬间短路，此时流过IGBT的电流迅速上升，同时IGBT内部的温度也急剧升高，直到IGBT炸坏。通常IGBT生产厂商给出的短路时间要小于10us，传统的霍尔电流传感器无法及时进行故障反馈和保护，我们需要使用IGBT的Vce退饱和压降检测功能。如图2所示，采用PI智能驱动IDriver SID11x2 门极驱动芯片进行IGBT Vce压降的检测，以及出现故障时软关断IGBT。
图2：PI智能驱动IDriver对IGBT进行直通保护
2）针对相间短路和相地短路故障，其电流回路中存在电机线圈，即有电感存在。出现短路故障时，受电感电流不能突变的限制，流过IGBT的短路电流上升速度比较慢，IGBT内部热量累积较少，可以采用输出端电流传感器采样，将过流故障反馈给MCU后，由MCU给出指令关断IGBT。输出端电流采样可以采用MELEXIS霍尔电流传感器，MLX91208通过不同的电路和结构设计，可以实现0~1000A的电流检测。如图3所示：
图3：MLX91208霍尔电流传感器检测方案
由以上分析可知，针对变频器在实际运行工况中，可能出现的过流故障，我们分别可以采用Vce退饱和压降检测电路和输出端电流传感器检测电路，实现对IGBT的过流保护和故障反馈，保证变频器的正常运行。
相关技术文档：
PI SID11x2K SCALE-iDriver门极驱动芯片数据手册 详情>>>
Melexis MLX91208电流传感器数据手册 详情>>>
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胖胖熊 Lv8. 研究员 2018-07-23这个比333J的外围电路要简单，只是大于600A的话就没有优势了 -
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用户67900951 Lv5. 技术专家 2017-12-19学习学习 -
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醉卧美人膝 Lv8. 研究员 2017-12-18感觉跟333J驱动电路差不多啊 -
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花迷人眼 Lv5. 技术专家 2017-11-16芯片保护在成本优先时有压力 -
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LEE Lv8. 研究员 2017-10-12都是比较经典保护 -
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土木 Lv7. 资深专家 2017-09-10这个IGBT的驱动芯片和英飞凌的挺像的
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