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应用IGBT时要做到的保护措施是哪些?

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-06-23  浏览次数:940
核心提示:  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。 
   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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