IGBT是一種功率器件，在功率逆變器中承擔功率轉換和能量傳輸?shù)墓δ?。它是逆變器的心臟。同時，IGBT也是功率逆變器中最不可靠的元件之一。它對器件的溫度、電壓和電流非常敏感。稍有超出，就會變得無能，無法修復。IGBT損壞意味著逆變器必須更換或大修。因此，IGBT是功率逆變器的重點保護對象。

逆變器核心部件IGBT介紹

IGBT失效的三種模式。電氣故障最為常見，因為IGBT承擔電流電壓轉換的功能，而且頻率很高。IGBT主電路過高、驅動電壓過高或外部尖峰電壓過高都可能導致過壓損壞。此外，逆變器的過載或短路 可能會導致過電流。二是溫度故障。IGBT 在運行過程中會產生大量熱量。如果熱量不能及時散去，可能會因過熱而損壞。機械故障很可能發(fā)生在制造、加工、運輸和安裝過程中。這種情況非常罕見。

1. IGBT驅動保護

IGBT本身是電流開關器件。何時開啟、何時關閉、開啟或關閉多長時間由變頻器的 CPU 控制。但是DSP輸出的是PWM信號，速度快但功率不夠。驅動器的主要功能是放大 PWM 信號。

IGBT 控制非常高的高頻電流，并產生電磁干擾信號。此外，由于驅動器靠近IGBT，驅動電路必須具有隔離功能。目前驅動隔離方案有光耦、光纖、脈沖變壓器、磁耦合等。每種方法的優(yōu)缺點如下：

2. IGBT過流/短路保護

在設計 IGBT 時，通常給電流留出 10% 以上的裕量。但在逆變器工作時，由于元件與負載短路，負載側故障導致過流，負載側有特別大的感性負載。啟停時會有高次諧波電流。此時逆變器輸出電流會急劇上升，導致IGBT的工作電流急劇上升。

IGBT短路分為兩種情況： 直通電流發(fā)生在變流器橋臂中，稱為I型短路。轉換器的短路點發(fā)生在負載側，等效短路阻抗高，稱為II型短路。II型短路一般可以認為是逆變器中的嚴重過電流。當短路發(fā)生時，如果不采取相關措施，IGBT會迅速進入去飽和狀態(tài)，瞬態(tài)功耗會超過極限而損壞，因為IGBT只能維持幾微秒的過電流。

因此，當發(fā)生短路時，應盡快關斷IGBT，關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓過低。切得太快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。當短路發(fā)生時，如果不采取相關措施，IGBT會迅速進入去飽和狀態(tài)，瞬態(tài)功耗會超過極限而損壞，因為IGBT只能維持幾微秒的過電流。因此，當發(fā)生短路時，應盡快關斷IGBT，關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓過低。切得太快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。

有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。當短路發(fā)生時，如果不采取相關措施，IGBT會迅速進入去飽和狀態(tài)，瞬態(tài)功耗會超過極限而損壞，因為IGBT只能維持幾微秒的過電流。因此，當發(fā)生短路時，應盡快關斷IGBT，關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓過低。切得太快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。

并且瞬態(tài)功耗會超過極限而損壞，因為IGBT只能承受過電流只有幾微秒。因此，當發(fā)生短路時，應盡快關斷IGBT，關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓過低。切得太快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。并且瞬態(tài)功耗會超過極限而損壞，因為IGBT只能承受過電流只有幾微秒。因此，當發(fā)生短路時，應盡快關斷IGBT，關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓過低。切得太快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。

有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。并且關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓切斷過快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。并且關斷速度要平緩，以保證電流變化率在一定范圍內，從而避免電壓切斷過快，造成電壓應力超限，損壞IGBT。有源鉗位方案具有快速響應措施，使 IGBT 驅動器能夠盡快運行。

3. IGBT過溫保護

當功率逆變器環(huán)境溫度過高，或逆變器散熱不良時，持續(xù)過熱會損壞IGBT。如果設備繼續(xù)短路，大電流產生的功率會導致溫度升高。如果芯片溫度超過硅本征溫度(約250℃)，器件將失去阻斷能力，門控將得不到保護，導致IGBT失效。設計主要考慮兩個方面：一是加強和改善IGBT管的散熱條件，包括風道設計、散熱片設計制作、加強制冷等;二、設計過熱檢測保護電路，采用IGBT模塊內置熱敏電阻測量IGBT散熱溫度。這是非常準確的。當溫度超過設定值時，IGBT將關斷，停止工作。

4. IGBT機械故障保護

為便于散熱，IGBT采用螺釘連接，安裝在散熱器上。這個螺絲的連接強度很講究，應該合適。如果用力過大，會損壞 IGBT。如果用力過輕，在運輸和安裝過程中，振動會導致接觸不良，熱阻增大，器件會出現(xiàn)過溫損壞。在安裝 IGBT 時，將使用專用螺絲刀。根據(jù) IGBT 型號，采用相應的扭矩，保證 IGBT 連接牢固，不易損壞。

結論

IGBT 是功率逆變器中最敏感、最脆弱的器件。同時，它也是逆變器中最昂貴、最關鍵的部件，需要采取多種不同的保護措施。

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