隨著節(jié)能環(huán)保理念的推行，IGBT模塊在電子電路設(shè)計中開始變得受歡迎起來。IGBT在節(jié)能、散熱、安裝維修方面都有著較為突出的表現(xiàn)。本文將為介紹與IGBT有關(guān)的過流保護過壓保護等問題，并從實際操作中吸取經(jīng)驗，總結(jié)成可行的保護方法。

雖然IGBT擁有上述這些優(yōu)點，但卻在過流與過壓能力上存在致命缺點，因此一旦出現(xiàn)此類問題就會導(dǎo)致IGBT損壞，因此非常有必要針對于此進行保護設(shè)計，避免不必要的麻煩。

過流保護

通常來說，IGBT所提供的安全工作區(qū)是被廠家進行限制的。且IGBT承受過電流的時間僅為幾微秒（SCR、GTR等器件承受過流時間為幾十微秒），耐過流量小，因此使用IGBT首要注意的是過流保護。產(chǎn)生過流的原因大致有：晶體管或二極管損壞、控制與驅(qū)動電路故障或干擾等引起誤動、輸出線接錯或絕緣損壞等形成短路、輸出端對地短路與電機絕緣損壞、逆變橋的橋臂短路等。

對IGBT的過流檢測保護分兩種情況：

1、驅(qū)動電路中無保護功能。這時在主電路中要設(shè)置過流檢測器件。對于小容量變頻器，一般是把電阻R直接串接在主電路中，如圖1（a）所示，通過電阻兩端的電壓來反映電流的大??；對于大中容量變頻器，因電流大，需用電流互感器TA（如霍爾傳感器等）。電流互感器所接位置：一是像串電阻那樣串接在主回路中，如圖1（a）中的虛線所示；二是串接在每個IGBT上，如圖1（b）所示。前者只用一個電流互感器檢測流過IGBT的總電流，經(jīng)濟簡單，但檢測精度較差；后者直接反映每個IGBT的電流，測量精度高，但需6個電流互感器。過電流檢測出來的電流信號，經(jīng)光耦管向控制電路輸出封鎖信號，從而關(guān)斷IGBT的觸發(fā)，實現(xiàn)過流保護。

（a）

（b）
圖1 IGBT的過流檢測

2、驅(qū)動電路中設(shè)有保護功能。如日本英達(dá)公司的HR065、富士電機的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驅(qū)動與保護功能于一體的集成電路（稱為混合驅(qū)動模塊），其電流檢測是利用在某一正向柵壓Uge下，正向?qū)ü軌航礥ce（ON）與集電極電流Ie成正比的特性，通過檢測Uce（ON）的大小來判斷Ie的大小，產(chǎn)品的可靠性高。不同型號的混合驅(qū)動模塊，其輸出能力、開關(guān)速度與du/dt的承受能力不同，使用時要根據(jù)實際情況恰當(dāng)選用。

由于混合驅(qū)動模塊本身的過流保護臨界電壓動作值是固定的（一般為7～10V），因而存在著一個與IGBT配合的問題。通常采用的方法是調(diào)整串聯(lián)在IGBT集電極與驅(qū)動模塊之間的二極管V的個數(shù)，如圖2（a）所示，使這些二極管的通態(tài)壓降之和等于或略大于驅(qū)動模塊過流保護動作電壓與IGBT的通態(tài)飽和壓降Uce（ON）之差。

（a）

（b）
圖2 混合驅(qū)動模塊與IGBT過流保護的配合

上述用改變二極管的個數(shù)來調(diào)整過流保護動作點的方法，雖然簡單實用，但精度不高。這是因為每個二極管的通態(tài)壓降為固定值，使得驅(qū)動模塊與IGBT集電極c之間的電壓不能連續(xù)可調(diào)。在實際工作中，改進方法有兩種：

1、改變二極管的型號與個數(shù)相結(jié)合。例如，IGBT的通態(tài)飽和壓降為2.65V，驅(qū)動模塊過流保護臨界動作電壓值為7.84V時，那么整個二極管上的通態(tài)壓降之和應(yīng)為7.84-2.65=5.19V，此時選用7個硅二極管與1個鍺二極管串聯(lián)，其通態(tài)壓降之和為0.7×7+0.3×1=5.20V（硅管視為0.7V，鍺管視為0.3V），則能較好地實現(xiàn)配合。

2、二極管與電阻相結(jié)合。由于二極管通態(tài)壓降的差異性，上述改進方法很難精確設(shè)定IGBT過流保護的臨界動作電壓值如果用電阻取代1～2個二極管，如圖2（b），則可做到精確配合。

圖3

另外，由于同一橋臂上的兩個IGBT的控制信號重疊或開關(guān)器件本身延時過長等原因，使上下兩個IGBT直通，橋臂短路，此時電流的上升率和浪涌沖擊電流都很大，極易損壞IGBT為此，還可以設(shè)置橋臂互鎖保護，如圖3所示。圖中用兩個與門對同一橋臂上的兩個IGBT的驅(qū)動信號進行互鎖，使每個IGBT的工作狀態(tài)都互為另一個IGBT驅(qū)動信號可否通過的制約條件，只有在一個IGBT被確認(rèn)關(guān)斷后，另一個IGBT才能導(dǎo)通，這樣嚴(yán)格防止了臂橋短路引起過流情況的出現(xiàn)。

本文以圖文結(jié)合的方式，對IGBT模塊的過流保護與過壓保護方式進行了講解。對于每種過流或過壓方式的發(fā)生都給出了相對的應(yīng)對措施。對此類問題存在疑惑的朋友，不妨花上幾分鐘來閱讀本文，相信大家會有意想不到的收獲。