IGBT過電流保護
物的損害や安全上の考慮事項にかかわらず、過電流状態に対するIGBTの保護はシステムの信頼性にとって重要です。 IGBTはフェールセーフコンポーネントではありません。 故障すると、DCバスコンデンサが破裂してドライバ全体が誤動作する可能性があります。 過電流保護は通常、電流測定または彩度低下検出によって行われます。 図2はこれらのヒントを示しています。
電流測定では、インバータアームと位相出力の両方に、貫通抵抗やモータ巻線の故障を処理するためのシャント抵抗などの測定装置が必要です。 コントローラやゲートドライバでトリップ回路を高速に実行するには、短絡に耐える時間を確保するために間に合うようにIGBTをオフにする必要があります。 この方法の最大の利点は、各インバータアームに2つの測定装置が必要で、関連するすべての信号調整および絶縁回路が装備されていることです。 これは、正DCバスラインと負DCバスラインにシャント抵抗を追加するだけで軽減できます。 ただし、多くの場合、ドライバアーキテクチャにはアームシャント抵抗、または電流制御ループを機能させてモータ過電流保護を提供するための位相シャント抵抗があります。 IGBTの過電流保護も可能です。ただし、必要な短絡耐性時間の間、信号調整応答時間がIGBTを保護するのに十分な速さであれば。
彩度低下検出は、ＩＧＢＴ自体を電流測定要素として使用する。 回路図のダイオードは、ターンオン時にIGBTのコレクタ - エミッタ間電圧がセンス回路によってのみモニタされることを保証します。 通常動作中は、コレクタ - エミッタ間電圧は非常に低くなります（通常1V∼4V）。 しかし、短絡イベントが発生すると、IGBTのコレクタ電流は、IGBTを飽和領域から線形動作領域に追いやるレベルまで上昇します。 これにより、コレクタ - エミッタ間電圧が急激に上昇します。 上記の通常の電圧レベルは、短絡の存在を示すために使用することができます。一方、彩度低下トリップしきい値レベルは通常7V〜9Vの領域です。 重要なことに、不飽和化はまた、ゲート - エミッタ間電圧が低すぎ、IGBTが飽和領域まで完全に駆動されていないことを意味します。 不飽和検出配置を実行するときは、誤ったトリガーを防ぐために注意が必要です。 これは、IGBTが完全に飽和状態に入っていないときに、IGBTオフ状態からIGBTオン状態への移行中に特に発生する可能性があります。 ブランキング時間は通常誤検出を避けるためにターンオン信号と不飽和検出活性化時間の間です。 ノイズピックアップによって引き起こされるフィルタスプリアスをフィルタリングするために、検出メカニズムに時定数を短くするために、電流源充電コンデンサまたはRCフィルタも通常追加されます。 これらのフィルタ部品を選択する際には、ノイズ耐性とIGBTの短絡耐性時間との間のトレードオフが必要です。
一般に、インバータIGBTの誘導伝導問題を解決するには、バイポーラ電源または追加のミラークランプを使用する2つの方法があります。 ゲートドライバの絶縁された側でバイポーラ電源を受け入れる能力は、誘導された過渡電圧に対して追加のマージンを提供します。 たとえば、–7.5Vの負電源レールは、スプリアス伝導を検出するために8.5Vを超える誘導過渡電圧が必要であることを示しています。 これは浮遊伝導を防ぐのに十分です。 別の方法は、ターンオフ遷移が完了した後のある期間にわたってゲートドライバ回路のターンオフインピーダンスを減少させることである。 これはミラークランプ回路と呼ばれます。 容量性電流は今度は低インピーダンス回路を通って流れ、それが今度は過渡電圧の大きさを減少させる。 ターンオンとターンオフに非対称ゲート抵抗を使用すると、スイッチングレート制御の柔軟性が高まります。 これらすべてのゲートドライバ機能は、システム全体の信頼性と効率に良い影響を与えます。
