正調(diào)節(jié)器312和負(fù)調(diào)節(jié)器 314將它們的15v和-15伏的輸出分別輸送到多個(gè)輸出FET 316。如本文描述的，這些輸出 FET 316用于驅(qū)動(dòng)IGBT逆變器。
[0043] 如本文解釋的，示范性實(shí)施例涉及檢測并且解決IGBT逆變器的各種狀況。一個(gè)這 樣的狀況是IGBT逆變器的脫飽和操作。當(dāng)檢測到脫飽和操作狀況時(shí)，執(zhí)行將故障傳送到邏 輯卡(例如，如在圖3中示出的)的過程并且采取一系列動(dòng)作來保護(hù)受影響的IGBT逆變器以 免損壞。
[0044] 可根據(jù)示范性實(shí)施例檢測并且解決的另一個(gè)狀況是低壓供應(yīng)超范圍狀況。柵極驅(qū) 動(dòng)器308可檢測該狀況并且著手一系列動(dòng)作來保護(hù)關(guān)聯(lián)的IGBT逆變器。此外，示范性實(shí)施 例可在大范圍應(yīng)用中采用，其包括機(jī)車、非公路車輛、船舶系統(tǒng)或風(fēng)力系統(tǒng)。
[0045] 在典型的電力系統(tǒng)中，提供給IGBT的正水平Vge大于14伏來提供適當(dāng)?shù)腎GBT導(dǎo) 通態(tài)電壓。該電壓應(yīng)該典型地低于16. 5伏來提供處于1800VDC的短路能力。轉(zhuǎn)化成調(diào)節(jié) 器的輸出這意味正供應(yīng)電壓應(yīng)該在12. 5伏和16. 5伏之間。柵極驅(qū)動(dòng)器308檢測超出該范 圍的供應(yīng)電壓。在脫飽和操作或低壓供應(yīng)超范圍狀況的情況下，柵極驅(qū)動(dòng)器308操作成采 用可控方式切斷IGBT逆變器來保護(hù)它們以免出故障。
[0046] 在圖3中示出的示范性實(shí)施例中，處理器控制器302和柵極驅(qū)動(dòng)器308之間的光 纖鏈路獨(dú)立于啟動(dòng)命令鏈路。相反，光纖鏈路用于將來自柵極驅(qū)動(dòng)器308的狀態(tài)信息提供 給作為處理器控制器302的主機(jī)的邏輯卡。（牽引馬達(dá)控制TMC或輔助邏輯控制ALC)。該 狀態(tài)反饋可包括以下：
[0047] I. IGBT 導(dǎo)通。
[0048] 2. IGBT 關(guān)斷。
[0049] 3.柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行脫飽和保護(hù)。
[0050] 4.柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行低壓電力供應(yīng)超范圍保護(hù)。
[0051] 關(guān)于IGBT是導(dǎo)通還是關(guān)斷的狀態(tài)信息使作為處理器控制器302的主機(jī)的邏輯卡 能夠執(zhí)行上部和下部IGBT之間的互鎖，從而防止發(fā)出導(dǎo)通命令給這樣的裝置，它的補(bǔ)充物 沒有關(guān)斷或它的負(fù)載出故障。從而，防止IGBT在短路狀況下導(dǎo)通。
[0052] 涉及柵極驅(qū)動(dòng)器308執(zhí)行脫飽和保護(hù)操作還是低壓電力供應(yīng)超范圍保護(hù)操作的 狀態(tài)信息可由邏輯卡使用來指示IGBT由柵極驅(qū)動(dòng)器308本地關(guān)斷。此外，該信息可用信號(hào) 通知邏輯卡來對(duì)IGBT發(fā)出關(guān)斷命令。根據(jù)故障信息，控制器將遵循適合的程序來恢復(fù)操 作。
[0053] 圖4是根據(jù)示范性實(shí)施例的IGBT電路400的示意圖。該IGBT電路400包括電 容器402,其提供跨IGBT Tl 404和IGBT T2 406的電壓Vdc。二極管Dl 408跨IGBT Tl 404的輸出而連接，并且二極管D2 410跨IGBT T2 410的輸出而連接。負(fù)載412跨二極管 Dl 408連接并且負(fù)載414跨二極管D2 410連接。
[0054] 如本文指示的，示范性實(shí)施例提供脫飽和狀況的識(shí)別和當(dāng)這樣的事件發(fā)生時(shí)的保 護(hù)。在逆變器或H橋配置中的IGBT的正常操作中，考慮一個(gè)橋臂或相的操作。為了說明目 的，假設(shè)IGBT Tl 404是關(guān)斷的并且隨后IGBT T2 406關(guān)斷。在該點(diǎn)，開關(guān)Sl閉合并且開 關(guān)S2斷開。開關(guān)Sl和S2的位置由另兩相的IGBT的狀態(tài)指定。負(fù)載電流在回路Lload> 二極管Dl 408>開關(guān)SI中續(xù)流。
[0055] 圖5是在解釋圖4中示出的IGBT電路400的操作中有用的曲線圖500。該曲線圖 500包括命令跡線502和Vge跡線504。另外，該曲線圖500包括Ic跡線506和Vcc跡線 508 〇
[0056] 在示范性實(shí)施例中，柵極驅(qū)動(dòng)器308施加負(fù)Vge偏壓，并且可在IGBT Tl 404的柵 極到發(fā)射極端子處施加正電壓。IGBT Tl 404從續(xù)流回路接管電流(在圖5中Ifw處指示） 并且將它施加于圖4的底部Lload。此后，Ic以以下速率增加：
[0059] Ll=電容器（Ic)的內(nèi)部 l、lsl+ls2+ls3+ls4+Lload+ls6+ls7+ls8 的總和，因?yàn)?Ic +lsl+ls2+ls3+ls4+ls6+ls7+ls8〈〈〈Lload，Ll 近似等于 Lload0
[0060] 假設(shè)硬Vdc供應(yīng)，電流將繼續(xù)以該速率增加直到IGBT Tl 404關(guān)斷，如在命令跡線 502上的點(diǎn)510處示出的。
[0061] 當(dāng)命令Tl關(guān)斷（點(diǎn)510)時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器使Vge快速反轉(zhuǎn)，從而將-ve偏壓施加于 IGBT Tl 404。在該點(diǎn)，開關(guān)Sl仍然斷開并且S2閉合?？鏥ce的電壓開始恢復(fù)并且Ic(t) 電流快速切斷，其取決于IGBT的速度和電路的雜散電感。通過IGBT T2 406的電流轉(zhuǎn)移到 續(xù)流回路Lload->D2 ->S2,保持負(fù)載電流相對(duì)恒定。
[0062] 通過IGBT Tl 404的Ic⑴的快速減小引起跨它的C->E端子的具有峰值Vp的電 壓過沖(在它恢復(fù)到Vdc之前)。
[0065] 圖6是在解釋脫飽和狀況中有用的曲線圖600。該曲線圖600包括命令跡線602 和Vge跡線604。另外，曲線圖600包括Ic跡線606和Vce跡線608。
[0066] 如本文解釋的，IGBT當(dāng)它在短路中導(dǎo)通時(shí)或發(fā)生短路同時(shí)裝置導(dǎo)通時(shí)脫飽和操 作。如果有以下情況這可以發(fā)生：
[0067] 1.它處于相同相中的補(bǔ)充IGBT或它的二極管短路。這因?yàn)檠a(bǔ)充IGBT被毀，或因 為由于控制失靈，命令兩個(gè)IGBT都導(dǎo)通或因?yàn)閷?dǎo)致補(bǔ)充IGBT導(dǎo)通的噪聲而可以發(fā)生。
[0068] 2.存在由接地形成的短路。
[0069] 3.負(fù)載呈現(xiàn)短路。
[0070] 在所有這些脫飽和情況下，通過IGBT的電流將以以下速率快速增加（如由圖6中 的快速增加 Ic跡線606示出的)，從而不再流過負(fù)載：
[0072] 如果Lo是大約ΙΟΟηΗ，故障電流的上升率非常高。利用該快速速率，Ic (t)在幾分 之一微秒超過IGBT的額定峰值電流，并且裝置操作"脫飽和"。
[0073] 典型地，IGBT用兩個(gè)規(guī)格制造：
[0074] I. IGBT可以短時(shí)間限制Icp而不經(jīng)受任何損壞的水平。這典型地是裝置的峰值額 定電流的六到七倍。
[0075] 2. IGBT可以傳導(dǎo)該極高的電流而不經(jīng)受任何損壞的短持續(xù)時(shí)間。這典型地是10 微秒，但最近它由一些制造商朝20微秒延長。
[0076] 脫飽和操作的另一個(gè)特性是相關(guān)的。盡管在開始時(shí)，跨裝置的電壓開始朝飽和水 平(幾伏的Vcc_sat)減小，當(dāng)IGBT正導(dǎo)通時(shí)，裝置恢復(fù)它的電壓阻斷能力(脫飽和)。
[0077] 圖7是在解釋對(duì)脫飽和狀況的潛在響應(yīng)中有用的曲線圖700。此外，該曲線圖700 示出稱為"軟關(guān)斷"的過程的效果。該曲線圖700包括命令跡線702和Vge跡線704。另 外，曲線圖700包括Ic跡線706和Vce跡線708。
[0078] 術(shù)語軟關(guān)斷指示柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行比硬關(guān)斷更和緩或逐漸的短路電流的減小，并且 因此限制電壓過沖（與di/dt成比例）。在軟關(guān)斷中，非常大的電阻可與Rg串聯(lián)放置，并且 電流的減小率是非常緩慢的。如果裝置使短路電流局限于Icpl (圖7)，在"軟切斷"期間， Icpl將僅下降到Icp2 (圖7)。同樣在軟關(guān)斷的最后部分中，Vge增加引起Ic也增加。如 果定時(shí)沒有使得Icp2保持低于裝置的額定值，裝置將在"硬關(guān)斷"期間被毀壞。在實(shí)施例 中，"軟關(guān)斷"和"硬關(guān)斷"是相對(duì)于彼此的，其中前者指比后者更逐漸或和緩的關(guān)斷，例如軟 關(guān)斷可牽涉比硬關(guān)斷更和緩或逐漸的短路電流的減小，硬關(guān)斷牽涉比軟關(guān)斷更突然或急劇 的短路電流的減小。
[0079] 在實(shí)施例中，在軟關(guān)斷期間施加于IGBT的柵極的電壓稍微大于IGBT的額定閾值 電壓。"稍微更大的"電壓量取決于軟關(guān)斷的持續(xù)時(shí)間。持續(xù)時(shí)間越長，它達(dá)到的水平越高。 一般來說，如本文使用的"稍微更大的"電壓大約〇. 5V至I. 0V。如果裝置使短路電流局限 于Icpl (圖7)，在"軟切斷"期間，Icpl將僅下降到Icp2 (圖7)。同樣在軟關(guān)斷的最后部 分中，Vge增加引起Ic也增加。如果定時(shí)沒有使得IcP2保持低于裝置的額定值，裝置將在 "硬關(guān)斷"期間被毀。在實(shí)施例中，"軟關(guān)斷"和"硬關(guān)斷"是相對(duì)于彼此的，其中前者指比后 者更逐漸或和緩的關(guān)斷，例如軟關(guān)斷可牽涉比硬關(guān)斷更和緩或逐漸的短路電流的減小，硬 關(guān)斷牽涉比軟關(guān)斷更突然或急劇的短路電流的減小。
[0080] 示范性實(shí)施例適應(yīng)于檢測脫飽和狀況，并且通過當(dāng)脫飽和狀況發(fā)生時(shí)將IGBT裝 置可控地切斷而提供對(duì)這些IGBT裝置的保護(hù)。因?yàn)镮cp典型地高于裝置規(guī)定的上限若 干倍，檢測脫飽和狀況并且發(fā)出硬(正常）的關(guān)斷命令是不可行的。這將導(dǎo)致破壞性的 (dlc(t)/dt)，其來自等式：Vp （ dfc(U;dt" Uj，當(dāng)切斷時(shí)因?yàn)殡妷核矐B(tài)將使IGBT故 障。此外，如果IGBT在脫飽和故障下故障，對(duì)通過逆變器的電流沒有限制，除了具有大約 IOOnH的雜散電感。這將導(dǎo)致數(shù)百千安的潛