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IGBT的保护设计

来源:    作者:    发布时间:2015-02-13 09:09:32    浏览量:

由于IGBT是功率MOSFET和PNP双极晶体管的复合体,特别是其栅极为MOS结构,因此除了上述应有的保护之外,就像其他MOS结构器件一样,IGBT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,应先将人体上的静电放电后再进行操作,并尽量不要接触模块的驱动端子部分,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。

2.2 集电极与发射极间的过压保护

过电压的产生主要有塑封电感两种情况,一种是施加到IGBT集电极-发射极间的直流电压过高,另一种为集电极-发塑封电感器射极上的浪涌电压过高。

2.2.1 直流过电压

直流过压产生的原因是由于输入交流电源或IGBT的前一级输入发生异常电感器生产所致。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。

2.2.2 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,威胁IGBT的安全。

通常IGBT的浪涌电压波形如图3所示。

图3 IGBT的浪涌电压波形

图中:vCE为IGBT集电极-发射极间的电压波形;

ic为IGBT的集电极电流;

Ud为输入IGBT的直流电压;

VCESP=UdLdic/dt,为浪涌电压峰值。

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缓冲电路 如图4(a)所示,采用薄膜电容,靠近IGBT安装,其特点是电路简单,其缺点是由分布电感及缓冲电容构成LC谐振电路,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 如图4(b)所示,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 如图4(c)所示,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。

(a)C缓冲电路 (b)RC缓电感器符号冲电路

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