IGBT及驅動電路的過壓保護

IGBT的過電壓保護

IGBT集-射極之間的瞬時過壓會對IGBT造成損壞，筆者采用箝位式吸收電路對瞬時過電壓進行抑制。當IGBT導通時，由于二極管的作用，電容器的電荷不會被放掉，電容器電壓仍為電源電壓。IGBT關斷時，負載電流仍流過IGBT，直到IGBT集-射極之間電壓達到電源電壓，續流二極管導通。應用該電路，可以使雜散電感中的能量通過二極管轉儲到吸收電容器中，而IGBT的集電極電位被箝位在電容電壓上，這樣就可以抑制IGBT集電極的尖峰電壓。吸收電容器的容值可以按公式（2）選?。?/p>

式中，L是引線電感;i是IGBT關斷時的電流;△U是吸收電容器上的電壓過沖。

當吸收回路中的電容器電壓高于直流側電容器上的電壓時，通過電阻器向直流側電容器回送能量，一直到與直流側電容器的電壓相等。當IGBT關斷時，線路電感在集電極和發射極二端產生很高的尖峰電壓，加上箝位式吸收電路以后，UCE被箝位在電容器電壓上，當UCE高于電容器電壓時，線路電感的能量被轉移到吸收電容器上，當尖峰電壓過去以后，吸收電容高于主電容的那部分電壓會由于能量回進而達到與主電容相等。這樣就抑制了集-射極間的尖峰電壓。吸收電容越大，吸收效果越好。由于吸收電容器上過沖的能量大部分被送回到直流側電容，所以減小了電阻器的功耗。

消除IGBT集-柵極之間的du/dt

圖5所示為EXB841與IGBT柵-射極之間的連接電路原理圖。當驅動電路中的V4導通時，IGBT處于正常導通狀態，當V5導通時，IGBT柵-射極之間通過穩壓管VZ2提供一個-5V電壓加在其兩端，使IGBT關斷，此時V5處于臨界導通狀態，穩壓管VZ2處于反向偏置狀態。但由于集-柵極之間分布電容的影響，集-柵極之間的du/dt增大時，其通過分布電容形成的電流經過，所以，要克服集-柵極之間的du/dt，確保穩壓管不過壓，避免IGBT誤導通?？朔u/dt的方法有二種：一是驅動電路輸出與IGBT柵-射極之間的連線采用雙絞屏蔽電纜，屏蔽層接地，二是采用快速吸收電路吸收過電壓。

EXB841的過流保護功能擴展

EXB841自身具有過流保護功能，其保護原理是利用IGBT的集電極通態飽和壓降與集電極電流呈近似線性關系。當IGBT工作在正常狀態時，EXB841的6腳電位箝制在8V，內部保護不動作，當IGBT因承受過流而退出飽和狀態時，IGBT集-射極間的電壓上升很多，與EXB84l的6引腳相連的快速二極管截止，EXB841的6引腳被懸空，內部保護動作，輸出驅動電壓慢慢下降，實現IGBT的軟關斷。

在實際應用中，僅靠EXB841的6引腳檢測IG-BT集電極電壓來實現過流保護并不足以有效地保護IGBT，因此有必要在主電路中加接霍爾電流傳感器來檢測電路中的過流，如圖6所示。過流發生后，檢測電路檢測到電流，延時8μs后信號還存在的話。封鎖驅動信號以關斷IGBT。在圖中，霍爾電流傳感器如果在主電路中檢測到過流信號，其中的PNP三極管將導通，同時，NPN三極管被截止，EXB841的6腳被懸空;當沒有過流信號時，PNP三極管不導通，NPN三極管導通，此時電路等效于擴展前的電路。