IGBT(絕緣柵雙極性晶體管)是一種用MOS來控制晶體管的新型電力電子器件，具有電壓高、電流大、頻率高、導(dǎo)通電阻小等特點，因而廣泛應(yīng)用在變頻器的逆變電路中。但由于IGBT的耐過流能力與耐過壓能力較差，一旦出現(xiàn)意外就會使它損壞。為此，必須但對IGBT進(jìn)行相關(guān)保護(hù) 本文從實際應(yīng)用出發(fā)，總結(jié)出了過流、過壓與過熱保護(hù)的相關(guān)問題和各種保護(hù)方法，實用性強(qiáng)，應(yīng)用效果好。
1、過流保護(hù)
生產(chǎn)廠家對IGBT提供的安全工作區(qū)有嚴(yán)格的限制條件，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(hù)。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(jī)絕緣損壞、逆變橋的橋臂短路等。
對IGBT的過流檢測保護(hù)分兩種情況：
(1)驅(qū)動電路中無保護(hù)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，如通過電阻兩端的電壓來反映電流的大小;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;二是串接在每個IGBT上。前者只用一個電流互感器檢測流過IGBT的總電流，經(jīng)濟(jì)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(hù)。
(2)驅(qū)動電路中設(shè)有保護(hù)功能。如日本英達(dá)公司的HR065、富士電機(jī)的EXB840～844、三菱公司的M57962L等，是集驅(qū)動與保護(hù)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(hù)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)，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(hù)動作電壓與IGBT的通態(tài)飽和壓降Uce(ON)之差。
上述用改變二極管的個數(shù)來調(diào)整過流保護(hù)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(jìn)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(hù)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(jìn)方法很難精確設(shè)定IGBT過流保護(hù)的臨界動作電壓值 如果用電阻取代1～2個二極管，則可做到精確配合。
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(hù)。圖中用兩個與門對同一橋臂上的兩個IGBT的驅(qū)動信號進(jìn)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)。
