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（一）IGBT保护电路分析
IGBT的过电流保护可分为两种类型：一种是过载电流保护（1.2-1.5倍额定电流）;另一种是短路电流（8-10倍额定电流）保护。
对于过载保护，由于过载值不大，不必快速响应，可采用集中式的保护。对于短路过流保护，由于过流值很大，元器件能够承受的时间很短，必须进行快速响应，而且一旦发生过流，能迅速发出过流保护信号，中断输入信号，使装置的输出电流降为零。
IGBT保护方案与决定故障条件发生的检测方法紧密相连。检测方法有以下几种：
1、VCE检测，也叫退饱和检测。一个检测二极管连接IGBT的集电极，当发生短路时，IGBT集电极电流迅速增大，器件会由于退饱和而导致集电极电压从低的饱和值迅速上升，二极管检测到电压升高触发短路保护动作。
2、电阻检测。是基于集电极电流的检测。一个检测电阻串联在发射极上，上面产生与故障电流成比例的压降，这样可以获得精确的短路电流。
3、VGE检测。检测原理类似于UCE检测，如果栅极电压大于设定值就触发保护电路。
由于逆变器烧损主要原因是IGBT在关断过程中，出现了过高的Ldi/dt，将IGBT在一瞬间击穿。因此，对IGBT的检测速度、关断方式都提出了很高的要求。在这种情况下，方法1为本课题的检测方案。并且，可以通过检测饱和压降来判断IGBT是否过流。本课题同时采用降栅压和软关断两种保护措施。
降栅压指在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通，以延长检测时间，判断电路是否真正发生过流。软关断是相对于IGBT的正常快速关断而言，指在过流和短路时，通过软降栅压关断IGBT。
降栅压作用：在各种电磁干扰多，环境恶劣的情况下，如果检测到故障就关断器件，非常容易发生误动作。为增加保护电路的抗干扰能力，一般在检测到故障信号后，加一固定延时，此时，采用降栅压限制故障电流，将电流限制在一个较小值，降低故障时器件的功率损耗，延长器件抗短路的时间。
故障电流在这一在延时中，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了电路的抗干扰能力。若通过延时，确认主回路发生真过流，则采取措施关断IGBT ，而且通过降低故障电流，还能够降低器件关断时的di/dt，对器件的保护十分有利。
软关断作用：由于IGBT过流时幅值很大，如果按照正常驱动方式进行快速关断，故障电流过大，即使降低栅压UGE，也会由于IGBT发生电流锁定而无法关断IGBT，持续的过电流使元器件急剧发热直至损坏。因此，当检测到真短路时，应当对根据实际情况，对IGBT进行软关断，让栅极电压按照设定的时间参数较慢地由15V或者l0V下降，并加以一个较大的栅极负偏压。
（二） IGBT保护电路设计
首先检测IGBT的通态压降，1200V/300A级IGBT正常通态压降约为2-3V，本课题条件下，过流压降限定为11V。当IGBT通态压降达到11V时，即可以认为IGBT集电极过流，此时保护电路自动降低栅极电压，以延长器件承受过流的时间。栅极电压为正常值+15V时，IGBT可承受过流时间一般不超过5uS，则保护电路必须在4uS之内进行动作，这样短的反应时间往往使保护电路很难区分是真短路还是假短路，如续流二极管的反向恢复时间就约为1-2uS。将栅极电压降为+10V之后，IGBT可承受的过流时间可延长至约15uS，保护電路动作时间可延时到l0uS，这时如果短路仍存在，则认为是真短路，采用慢速关断功能，将IGBT栅压缓降至开启值以下，切断集电极电流;如果短路消失，就是假短路，把栅极电压恢复为正常值+15V。
1、IGBT降栅压电路
下图是按照以上设计思想设计的IGBT过流降栅压保护电路：
图1 降栅压电路图
图中右侧为逆变器主控元件IGBT。通过检测集电极电压，即C点电位来进行过流保护。
★ 正常工作状态。当驱动电路中，光电耦合器输入信号为低电平时，MOSFET截止，B点电压为-15V， IGBT处于关断状态，IGBT不会出现过流情况。当输入信号为高电平时，F点和B点接通，V4导通，F点、B点电压升到+15V，驱动IGBT开通。此时Vs截止。
★ 过流保护状态。当IGBT发生过流时，C点电压升高，H点电压随之升高，当C点电压超过设定值+11V时，D，截止，E点电压超过+11V，比较器输出高电平，V;管导通，K点电位降为0V， V4管截止，则风接入回路，使得B点电压降为+10V，既实现了降栅压。
当IGBT栅极电压降低到+10V时后，过电流允许时间即可延长到10uS以上。此时V6导通，+15V电源通过V6和电阻R7给电容C充电，E点电压继续升高。若IGBT是假过流，C点电位下降，则E点通过D1放电，电位下降，比较器恢复输出低电平，Vs截止，V4导通，将风短路，B点电位升高到+15V，电路回复到正常驱动状态。若IGBT是真过流，则E点电位持续升高，当超过设定的数值时，输出过流信号，同时通过驱动电路对IGBT进行慢速关断。
2、IGBT过流慢速关断电路
当检测到Vc值超过11V，而且经过延时仍维持超过，则认为主电路已经发生真过流或者短路。此时，应当对IGBT进行关断，同时输出过流信号，反馈给控制回路，封锁逆变装置中所有IGBT驱动器的输入脉冲，使装置的输出电流降为零。只有停电复位，并排除短路故障后，控制脉冲才能有效。
（三）驱动与保护电路参数设置
图2是本课题条件下完整的IGBT驱动与保护原理图。
图2 IGBT驱动与保护原理图
实际上，在本电路的设计中，只要按照上述计算方法，对IGBT的驱动与保护电路稍作修改，即可方便地调节保护电路的参数、保护电路动作的电流值、降栅压延迟时间以及慢速关断的时间等，以适应不同要求的IGBT驱动与保护的需要。
作者简介：李登原，女，本科，四川文化传媒职业学院电工电测教研室主任，研究方向：电子测量电路。
IGBT的过电流保护可分为两种类型：一种是过载电流保护（1.2-1.5倍额定电流）;另一种是短路电流（8-10倍额定电流）保护。
对于过载保护，由于过载值不大，不必快速响应，可采用集中式的保护。对于短路过流保护，由于过流值很大，元器件能够承受的时间很短，必须进行快速响应，而且一旦发生过流，能迅速发出过流保护信号，中断输入信号，使装置的输出电流降为零。
IGBT保护方案与决定故障条件发生的检测方法紧密相连。检测方法有以下几种：
1、VCE检测，也叫退饱和检测。一个检测二极管连接IGBT的集电极，当发生短路时，IGBT集电极电流迅速增大，器件会由于退饱和而导致集电极电压从低的饱和值迅速上升，二极管检测到电压升高触发短路保护动作。
2、电阻检测。是基于集电极电流的检测。一个检测电阻串联在发射极上，上面产生与故障电流成比例的压降，这样可以获得精确的短路电流。
3、VGE检测。检测原理类似于UCE检测，如果栅极电压大于设定值就触发保护电路。
由于逆变器烧损主要原因是IGBT在关断过程中，出现了过高的Ldi/dt，将IGBT在一瞬间击穿。因此，对IGBT的检测速度、关断方式都提出了很高的要求。在这种情况下，方法1为本课题的检测方案。并且，可以通过检测饱和压降来判断IGBT是否过流。本课题同时采用降栅压和软关断两种保护措施。
降栅压指在检测到器件过流时，马上降低栅压，但器件仍维持导通，以延长检测时间，判断电路是否真正发生过流。软关断是相对于IGBT的正常快速关断而言，指在过流和短路时，通过软降栅压关断IGBT。
降栅压作用：在各种电磁干扰多，环境恶劣的情况下，如果检测到故障就关断器件，非常容易发生误动作。为增加保护电路的抗干扰能力，一般在检测到故障信号后，加一固定延时，此时，采用降栅压限制故障电流，将电流限制在一个较小值，降低故障时器件的功率损耗，延长器件抗短路的时间。
故障电流在这一在延时中，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了电路的抗干扰能力。若通过延时，确认主回路发生真过流，则采取措施关断IGBT ，而且通过降低故障电流，还能够降低器件关断时的di/dt，对器件的保护十分有利。
软关断作用：由于IGBT过流时幅值很大，如果按照正常驱动方式进行快速关断，故障电流过大，即使降低栅压UGE，也会由于IGBT发生电流锁定而无法关断IGBT，持续的过电流使元器件急剧发热直至损坏。因此，当检测到真短路时，应当对根据实际情况，对IGBT进行软关断，让栅极电压按照设定的时间参数较慢地由15V或者l0V下降，并加以一个较大的栅极负偏压。
（二） IGBT保护电路设计
首先检测IGBT的通态压降，1200V/300A级IGBT正常通态压降约为2-3V，本课题条件下，过流压降限定为11V。当IGBT通态压降达到11V时，即可以认为IGBT集电极过流，此时保护电路自动降低栅极电压，以延长器件承受过流的时间。栅极电压为正常值+15V时，IGBT可承受过流时间一般不超过5uS，则保护电路必须在4uS之内进行动作，这样短的反应时间往往使保护电路很难区分是真短路还是假短路，如续流二极管的反向恢复时间就约为1-2uS。将栅极电压降为+10V之后，IGBT可承受的过流时间可延长至约15uS，保护電路动作时间可延时到l0uS，这时如果短路仍存在，则认为是真短路，采用慢速关断功能，将IGBT栅压缓降至开启值以下，切断集电极电流;如果短路消失，就是假短路，把栅极电压恢复为正常值+15V。
1、IGBT降栅压电路
下图是按照以上设计思想设计的IGBT过流降栅压保护电路：
图1 降栅压电路图
图中右侧为逆变器主控元件IGBT。通过检测集电极电压，即C点电位来进行过流保护。
★ 正常工作状态。当驱动电路中，光电耦合器输入信号为低电平时，MOSFET截止，B点电压为-15V， IGBT处于关断状态，IGBT不会出现过流情况。当输入信号为高电平时，F点和B点接通，V4导通，F点、B点电压升到+15V，驱动IGBT开通。此时Vs截止。
★ 过流保护状态。当IGBT发生过流时，C点电压升高，H点电压随之升高，当C点电压超过设定值+11V时，D，截止，E点电压超过+11V，比较器输出高电平，V;管导通，K点电位降为0V， V4管截止，则风接入回路，使得B点电压降为+10V，既实现了降栅压。
当IGBT栅极电压降低到+10V时后，过电流允许时间即可延长到10uS以上。此时V6导通，+15V电源通过V6和电阻R7给电容C充电，E点电压继续升高。若IGBT是假过流，C点电位下降，则E点通过D1放电，电位下降，比较器恢复输出低电平，Vs截止，V4导通，将风短路，B点电位升高到+15V，电路回复到正常驱动状态。若IGBT是真过流，则E点电位持续升高，当超过设定的数值时，输出过流信号，同时通过驱动电路对IGBT进行慢速关断。
2、IGBT过流慢速关断电路
当检测到Vc值超过11V，而且经过延时仍维持超过，则认为主电路已经发生真过流或者短路。此时，应当对IGBT进行关断，同时输出过流信号，反馈给控制回路，封锁逆变装置中所有IGBT驱动器的输入脉冲，使装置的输出电流降为零。只有停电复位，并排除短路故障后，控制脉冲才能有效。
（三）驱动与保护电路参数设置
图2是本课题条件下完整的IGBT驱动与保护原理图。
图2 IGBT驱动与保护原理图
实际上，在本电路的设计中，只要按照上述计算方法，对IGBT的驱动与保护电路稍作修改，即可方便地调节保护电路的参数、保护电路动作的电流值、降栅压延迟时间以及慢速关断的时间等，以适应不同要求的IGBT驱动与保护的需要。
作者简介：李登原，女，本科，四川文化传媒职业学院电工电测教研室主任，研究方向：电子测量电路。