应用IGBT时要做到的保护措施是哪些？

 

 

应用IGBT时要做到的保护措施是哪些？

 

　　答：

　　由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下，因而， IGBT除了要作降额考虑外，对IGBT的保护设计需要重点考虑。

　　(一)IGBT的工作原理

　　IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：

　　——IGBT栅极与发射极之间的电压;

　　——IGBT集电极与发射极之间的电压;

　　——流过IGBT集电极-发射极的电流;

　　——IGBT的结温。

　　如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。

　　(二)保护措施

　　(1) IGBT栅极的保护

　　IGBT的栅极-发射极驱动电压VGE的保证值为±20V，如果超出保证值的电压，则可能会损坏IGBT，因此，在IGBT的驱动电路中设置栅压限幅电路。另外，若IGBT的栅极与发射极间开路，由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极-发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时，可能会使IGBT发热甚至损坏。为防止此类情况发生，应在IGBT的栅极与发射极间并接一只几十kΩ的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发射极。

　　由于IGBT其栅极为mos结构，对于静电压也是十分敏感的，故而对IGBT进行装配焊接作业时也必须注意以下事项：

　　——在需要用手接触IGBT前，，必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉;

　　——在焊接作业时，为了防止静电可能损坏IGBT，焊机一定要可靠地接地。

　　(2) 集电极与发射极间的过压保护

　　(2.1)直流过压产生的原因是由于前一级输入发生异常。解决的办法是在选取IGBT时，进行降额设计;另外，可在检测出这一过压时分断IGBT的输入，保证IGBT的安全。

　　(2.2) 浪涌电压的保护

　　因为电路中分布电感的存在，加之IGBT的开关速度较高，当IGBT关断时及与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时，就会产生很大的浪涌电压Ldi/dt。如果VCESP超出

　　IGBT的集电极-发射极间耐压值VCES，就可能损坏IGBT。解决的办法主要有：

　　——在选取IGBT时考虑设计裕量;

　　—在电路设计时调整IGBT驱动电路的Rg，使di/dt尽可能小;

　　——尽量将电解电容靠近IGBT安装，以减小分布电感;

　　——根据情况加装缓冲保护电路，旁路高频浪涌电压。

　　由于缓冲保护电路对IGBT的安全工作起着很重要的作用，在此将缓冲保护电路的类型和特点作一介绍。

　　——C(电容)缓冲电路采用薄膜电容，靠近IGBT安装，其缺点是易产生电压振荡，而且IGBT开通时集电极电流较大。

　　——RC缓冲电路其特点是适合于斩波电路，但在使用大容量IGBT时，必须使缓冲电阻值增大，否则，开通时集电极电流过大，使IGBT功能受到一定限制。

　　——RCD缓冲电路，与RC缓冲电路相比其特点是，增加了缓冲二极管从而使缓冲电阻增大，避开了开通时IGBT功能受阻的问题。根据实际情况选取适当的缓冲保护电路，抑制关断浪涌电压。在进行装配时，要尽量降低主电路和缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好。

　　(3) 集电极电流过流保护

　　主要有3种方法。

　　(3.1) 用电阻或电流互感器检测过流进行保护

　　可以用电阻或电流互感器与IGBT串联，检测流过IGBT集电极的电流。当有过流情况发生时，控制执行机构断开IGBT的输入，达到保护IGBT的目的。

　　(3.2) 由IGBT的VCE(sat)检测过流进行保护

　　因VCE(sat)=IcRCE(sat)，当Ic增大时，VCE(sat)也随之增大，若栅极电压为高电平，而VCE为高，则此时就有过流情况发生，此时与门输出高电平，将过流信号输出，控制执行机构断开IGBT的输入，保护IGBT。

　　(3.3) 检测负载电流进行保护

　　若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，控制执行机构切断IGBT的输入。

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转自： 电力电子网