過電流損壞

為了避免IGBT 發(fā)生擎住效應(yīng)而損壞，電路設(shè)計中應(yīng)保證IGBT 的最大工作電流應(yīng)不超過IGBT 的IDM 值，同時注意可適當(dāng)加大驅(qū)動電阻 RG 的辦法延長關(guān)斷時間，減小IGBT 的di/dt。驅(qū)動電壓的大小也會影響IGBT 的擎住效應(yīng)，驅(qū)動電壓低，承受過電流時間長，IGBT 必須加負偏壓，IGBT 生產(chǎn)廠家一般推薦加-5V 左右的反偏電壓。在有負偏壓情況下，驅(qū)動正電壓在10—15V 之間，漏極電流可在5～10μs 內(nèi)超過額定電流的4～10 倍，所以驅(qū)動IGBT 必須設(shè)計負偏壓。由于UPS 負載沖擊特性各不相同，且供電的設(shè)備可能發(fā)生電源故障短路，所以在UPS 設(shè)計中采取限流措施進行IGBT的電流限制也是必須的，可考慮采用IGBT 廠家提供的驅(qū)動厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840，三菱公司的M57959AL，57962CL，它們對IGBT 的集電極電壓進行檢測，如果IGBT 發(fā)生過電流，內(nèi)部電路進行關(guān)閉驅(qū)動。這種辦法有時還是不能保護IGBT，根據(jù)IR 公司的資料，IR 公司推薦的短路保護方法是：首先檢測通態(tài)壓降Vce，如果Vce 超過設(shè)定值，保護電路馬上將驅(qū)動電壓降為 8V，于是IGBT 由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)入放大區(qū)，通態(tài)電阻增大，短路電路減削，經(jīng)過4us 連續(xù)檢測通態(tài)壓降Vce，如果正常，將驅(qū)動電壓恢復(fù)正常，如果未恢復(fù)，將驅(qū)動關(guān)閉，使集電極電流減為零，這樣實現(xiàn)短路電流軟關(guān)斷，可以避免快速關(guān)斷造成的過大di/dt 損壞IGBT，另外根據(jù)最新三菱公司IGBT 資料，三菱推出的F 系列IGBT 的均內(nèi)含過流限流電路（RTC circuit），如圖6，當(dāng)發(fā)生過電流，10us 內(nèi)將IGBT 的啟動電壓減為 9V，配合M57160AL 驅(qū)動厚膜電路可以快速軟關(guān)斷保護IGBT。

圖5：IGBT 等效電路圖

圖6 三菱F 系列IGBT 的RCT 電路

過電壓損壞

防止過電壓損壞方法有：優(yōu)化主電路的工藝結(jié)構(gòu)，通過縮小大電流回路的路徑來減小線路寄生電感；適當(dāng)增加IGBT 驅(qū)動電阻Rg 使開關(guān)速度減慢（但開關(guān)損耗也增加了）；設(shè)計緩沖電路，對尖峰電壓進行抑制。用于緩沖電路中的二極管必須是快恢復(fù)的二極管，電容必須是高頻、損耗小，頻率特性好的薄膜電容。這樣才能取得好的吸收效果。常見電路有耗能式和回饋式緩沖電路。回饋式又有無源式和有源式兩種，詳細電路設(shè)計可參見所選用器件的技術(shù)手冊。在UPS 中，逆變橋同臂支路兩個驅(qū)動必須是互鎖的，而且應(yīng)該設(shè)置死區(qū)時間（即共同不導(dǎo)通時間）。如果發(fā)生共導(dǎo)，IGBT 會迅速損壞。在控制電路應(yīng)該考慮到各種運行狀況下的驅(qū)動問題控制時序問題?？赏ㄟ^降額使用，加大散熱器，涂敷導(dǎo)熱膠，強制風(fēng)扇制冷，設(shè)置過溫度保護等

IGBT欠壓鎖定保護（UVLO）功能

在剛剛上電的過程中，芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時芯片有輸出會造成IGBT門極電壓過低，那么它會工作在線性放大區(qū)。 HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護的功能（UVLO）可以解決此問題。當(dāng)VCC與VE之間的電壓值小于12V時，輸出低電平，以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過多進而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。

圖1 HCPL-316J內(nèi)部原理圖

IGBT過流保護功能

HCPL-316J具有對IGBT的過流保護功能，它通過檢測IGBT的導(dǎo)通壓降來實施保護動作。同樣從圖上可以看出，在其內(nèi)部有固定的7V電平，在檢測電路工作時，它將檢測到的IGBT C～E極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較，當(dāng)超過7V時，HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT，同時，一個錯誤檢測信號通過片內(nèi)光耦反饋給輸入側(cè)，以便于采取相應(yīng)的解決措施。在IGBT關(guān)斷時，其C～E極兩端的電壓必定是超過7V的，但此時，過流檢測電路失效，HCPL-316J芯片不會報故障信號。實際上，由于二極管的管壓降，在IGBT的C～E 極間電壓不到7V時芯片就采取保護動作。