IGBT的保护设计

——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R_g，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缓冲电路

（c）RCD缓冲电路 （d）放电阻止型缓冲电路

图4 缓冲保护电路

该缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗为

P=LI²f＋CU_d²f

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；

U_d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=LI²f

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V_CE(sat)检测过流进行保护

如图5（c）所示，因V_CE(sat)=I_cR_CE(sat)，当I_c增大时，V_CE(sat)也随之增大，若栅极电压为高电平，而V_CE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。

（a）用电阻检测过流 （b）用电流互感器检测过流

（c）由V_CE(sat)检测过流 （d）通过负载电流检测过流

图5 集电极过流保护电路

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T_j超过T_jmax，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T_jmax。

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安装位置的不同而不同，因此，若在散热器上仅安装一个IGBT时，应将其安装在正中间，以便使得热阻最小；当要安装几个IGBT时，应根据每个IGBT的发热情况留出相应的空间；

——使用带纹路的散热器时，应将IGBT较宽的方向顺着散热器的纹路，以减少散热器的变形；

——散热器的安装表面光洁度应≤10μm，如果散热器的表面不平，将大大增加散热器与器件的接触热阻，甚至在IGBT的管芯和管壳之间的衬底上产生很大的张力，损坏IGBT的绝缘层；

——为了减少接触热阻，最好在散热器与

IGBT模块间涂抹导热硅脂。

3 结语

在应用IGBT时应根据实际情况，采取相应的保护措施。只要在过压、过流、过热等几个方面都采取有效的保护措施后，在实际应用中均能够取得良好的效果，保证IGBT安全可靠地工作。