绝缘栅双极型晶体管的基础知识及应用

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。

　　图中：vCE为IGBT？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=Ud＋Ldic/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。

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　　—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。

　　该缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗为

　　P=LI2f＋CUd2f式中：L为主电路中的分布电感;

　　I为IGBT关断时的集电极电流;

　　f为IGBT的开关频率;

　　C为缓冲电容;

　　Ud为直流电压值。

　　——放电阻止型缓冲电路如图4（d）所示，与RCD缓冲电路相比其特点是，产生的损耗小，适合于高频开关。

　　在该缓冲电路中缓冲电阻上产生的损耗为

　　P=1/2LI2f+1/2CUf

　　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。

　　2．3 集电极电流过流保护

　　对IGBT的过流保护，主要有3种方法。

　　2.3.1 用电阻或电流互感器检测过流进行保护

　　如图5（a）及图5（b）所示，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。

　　2.3.2 由IGBT的VCE（sat）检测过流进行保护

　　如图5（c）所示，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。

　　2.3.3 检测负载电流进行保护

　　此方法与图5（a）中的检测方法基本相同，但图5（a）属直接法，此属间接法，如图5（d）所示。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，达到保护的目的。

　　2．4 过热保护

　　一般情况下流过IGBT的电流较大，开关频率较高，故而器件的损耗也比较大，如果热量不能及时散掉，使得器件的结温Tj超过Tjmax，则IGBT可能损坏。

　　IGBT的功耗包括稳态功耗和动态动耗，其动态功耗又包括开通功耗和关断功耗。在进行热设计时，不仅要保证其在正常工作时能够充分散热，而且还要保证其在发生短时过载时，IGBT的结温也不超过Tjmax。

　　当然，受设备的体积和重量等的限制以及性价比的考虑，散热系统也不可能无限制地扩大。可在靠近IGBT处加装一温度继电器等，检测IGBT的工作温度。控制执行机构在发生异常时切断IGBT的输入，保护其安全。

　　除此之外，将IGBT往散热器上安装固定时应注意以下事项：

——由于热阻随IGBT安装位