IGBT驱动电路过流分类及检测(2)

(3)检测负载电流的电路
检测负载电流的IGBT驱动电路与图(a)中的检测方法基本相同，但图(a)属直接法，检测负载电流属间接法，如图(d)所示。当负载短路或负载电流加大时，也可能使前级的IGBT的集电极电流增大，导致IGBT损坏。由负载处（或IGBT的后一级电路）检测到异常后，控制单元切断IGBT的输入，达到保护IGBT的目的。
由IGBT构成的逆变器中的故障电流可以在电路的不同节点检测，对被检测到的故障电流的反应现象也各不相同。故障电流若是在IGBT功率模块内部被检测到，并由IGBT功率模块内的驱动器直接关断，IGBT的总响应时间可能只有数十纳秒。
若故障电流检测在IGBT功率模块之外进行，则故障电流信号首先被送至逆变器的控制电路，并从控制单元发出触发故障反应程序，这一过程被称作慢保护。此过程甚至还可以由逆变器的控制调节系统来处理（例如系统对过载的反应），使IGBT的总响应时间延长。
下图给出了一个电压型逆变器可能检测到故障电流的测试点示意图。故障电流的检测可以作如下划分： 过电流可在①～⑦点检测；桥臂直通短路可在①～④和⑥、⑦点检测；负载短路可在①～⑦点检测；对地短路可在①、③、⑤、⑥点检测，或通过计算①与②点电流之差而得到。原则上，IGBT短路保护要求具有快速性，以在驱动电路的输出端实现直接控制，原因是在短路发生后IGBT功率模块必须在10us之内关闭。为此，故障电流可以在检测点③、④、⑥和⑦处检测。
在①～⑤点测量故障电流可以通过测量分流器或测量用电流互感器来实现。采用测量用分流器检测过电流的检测方法简单，要求用低电阻（10~100mΩ）、低电感的功率分流器，测量信号对干扰高度灵敏，测量信号不带电位隔离。采用电流互感器检测过电流远比分流器复杂，但与分流器相比较，测量信号不易受干扰，测量值已被隔离。
在测试点⑥和⑦检测故障电流可以直接在IGBT的端子处进行。在这里，保护方法可以是检测（间接测量）U_CE(sat)，或者是镜像电流检测。镜像电流检测采用由一个传感器检测一小部分IGBT单元电流的办法来反映主电流（直接测量）。镜像电流检测的原理电路图如图(a)所示。
在一个镜像IGBT中，一小部分的IGBT单元和一个用于检测的发射极电阻相结合，并联接于主IGBT的电流臂上。一旦导通的集电极电流通过测量电阻，便可以获得其电流检测值。在Rsense=0时，两个发射极之间的电流比等于理想值，为镜像IGBT单元数与总单元数之比。如果Rsense增大，则测量电路中导通的电流将因测量信号的反馈而减小。
因此，电阻Rsense应被控制在1~5Ω的范围内，以便获得足够精确的集电极电流测量结果。如果用于关断的电流门限值只是略大于IGBT功率模块的额定电流，那么在IGBT开通期间，由于反向续流二极管反向恢复电流峰值的作用，电流检测必须关闭（在硬开关电路）中。检测电阻Rsense趋于无限大时，则其测量电压等于集电极发射极饱和电压。因此，镜像电流检测转化为UCE(sat)检测。