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IGBT的设计应用及市场状况解析

导读: 众所周知,IGBT是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件,具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点,被广泛应用在变频器的逆变电路中。但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就会使它损坏。

  众所周知,IGBT是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件,具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点,被广泛应用在变频器的逆变电路中。但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差,一旦出现意外就会使它损坏。为此,必须对IGBT进行相关保护。一般我们从过流、过压、过热三方面进行IGBT保护电路设计。

  IGBT承受过电流的时间仅为几微秒,耐过流量小,因此使用IGBT首要注意的是过流保护。那么该如何根据IGBT的驱动要求设计过流保护呢?

  IGBT的过流保护可分为两种情况:(1) 驱动电路中无保护功能;(2) 驱动电路中设有保护功能。对于第一种情况,我们可以在主电路中要设置过流检测器件;针对第二种情况,由于不同型号的混合驱动模块,其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同,使用时要根据实际情况恰当选用。对于大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护则可以通过封锁驱动信号或者减小栅压来进行保护。

  过压保护则可以从以下几个方面进行:

  ●尽可能减少电路中的杂散电感。

  ●采用吸收回路。吸收回路的作用是;当IGBT关断时,吸收电感中释放的能量,以降低关断过电压。

  ●适当增大栅极电阻Rg。

  IGBT的过热保护一般是采用散热器(包括普通散热器与热管散热器),并可进行强迫风冷。

  传统与新型IGBT保护模式对比

  在传统的使用和设计IGBT的过程中,基本上都是采用粗放式的设计模式,所需余量较大,系统庞大,但仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。那么该如何突破传统的IGBT系统电路保护设计来解决上述问题呢?

  传统保护模式:

  防护方案防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT——可在G极和E极之间设置一些保护元件, 如下图的电阻RGE的作用,是使栅极积累电荷泄放(其阻值可取5kΩ);两个反向串联的稳压二极管V1和V2,是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。另 外,还有实现控制电路部分与被驱动的IGBT之间的隔离设计,以及设计适合栅极的驱动脉冲电路等。然而即使这样,在实际使用的工业环境中,以上方案仍然具 有比较高的产品失效率——有时甚至会超出5%。相关的实验数据和研究表明:这和瞬态浪涌、静电及高频电子干扰有着紧密的关系,而稳压管在此的响应时间和耐 电流能力远远不足,从而导致IGBT过热而损坏。

IGBT的设计应用及市场状况解析

图:传统保护模式和新型保护模式电路对比

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