IGBT工業電機驅動：過流和短路保護

今天我們來介紹下VBSEMI的新產品IGBT，又稱絕緣柵極雙極性電晶體。

在實際電子應用中最常見的電子元器件是雙極結型電晶體 BJT 和 MOS管。

而IGBT（絕緣柵極雙極性電晶體）你可以把 將它 看作 BJT 和 MOS 管的融合體，這是因為IGBT具有 BJT 的輸入特性和 MOS 管的輸出特性。

與它們相比，VBsemi的IGBT具備更大的功率增益，更高的工作電壓、更高的短路電流電平、更小的晶片尺寸，以及更低的熱容量和短路耐受時間。

針對IGBT的以上優勢，本期文章我們來討論工業電機驅動應用中微碧VBsemi的IGBT實現短路保護的問題。

首先來看IGBT的短路耐量

一開始IGBT的人認為短路能力就是看短路耐量的長短。但其實在很多情況下，其短路耐量是無法表徵實際的短路能力。事實上，短路耐量實際上是一種熱失效，並且是在晶片熱量分佈相對比均勻的情況下的一種失效，並且它的短路耐受時間與其跨導或增益有關。

一般情況下，更高的增益導致IGBT內的短路電流會更高，因此增益較低的IGBT具備較低的短路電平。然而，較高增益同樣會導致較低的通態導通損耗。

這個時候就要進行權衡取捨了。

隨著技術的發展，IGBT逐漸增加了短路電流電平，又降低短路耐受時間的優勢。這使得它的晶片尺寸更小，縮小了模組的尺寸。

IGBT過流保護

對於IGBT而言，它並非屬於故障安全元件，因此在遇見故障時，它可能會直接導致直流匯流排電容爆炸，並使整個驅動出現故障。因此，對於過流保護，需要通過電流測量或飽檢測來實現。

比如，在進行電流測量時，逆變器和相位輸出需要加入分流電阻等測量器件，以便應對直筒故障和電機繞組故障。控制器或者或柵極驅動器中的快速執行跳變電路必須及時關斷IGBT，防止超出短路耐受時間。

正常工作時，IGBT的集電極-發射極電壓非常低(典型值為1 V至4 V)。然而，如果發生短路事件，IGBT集電極電流上升到驅動IGBT退出飽和區並進入線性工作區的電平。這會導致集電極-發射極電壓快速升高。

在上述中正常的電壓電平表示存在短路，通常在去飽和時，柵極-發射極電壓會存在過低，且IGBT沒能完全驅動值飽和區，這時就要仔細檢測以防誤觸發。通常還會加入電流源充電電容或RC濾波器，以便在檢測機制中產生短暫的時間常數。

正常工作下，建議柵極驅動器設計為能夠盡可能快速地關閉IGBT，以便最大程度降低開關損耗。這可以通過較低的驅動器阻抗和柵極驅動電阻來實現。如若過流條件施加同樣的柵極關斷速率，則集電極-發射極的di/dt將會大很多，因為在較短的時間內電流變化會較大。

因此，為降低di/dt以及其他潛在破壞性的過壓電平，在關斷IGBT時，提供阻抗較高的關斷路徑很重要。

那麼，除了上述的檢測方法以外，在對IGBT的選型上也是十分重要的。在大部分的IGBY規格書，一般都會規定其短路電流指標，而我們要注意的有以下幾個參數：

1. VCC電壓，即在短路測試中的Vce電壓，或者說是短路測試的母線電容電壓；

2. Vge電壓，即驅動電壓；

3. Rg驅動電阻

4. 測試溫度，一般是25℃，也存在120℃或者150℃

5. 部分規格書還有短路測試的最大重複次數。

微碧VBsemi的IGBT具有以下優點：

1.具有更高的電壓和電流處理能力。

2.具有非常高的輸入阻抗。

3.可以使用非常低的電壓切換非常高的電流。

4.電壓控制裝置，即它沒有輸入電流和低輸入損耗。

5.柵極驅動電路簡單且便宜，降低了柵極驅動的要求

6.通過施加正電壓可以很容易地打開它，通過施加零電壓或負電壓可以很容易地關閉它。

7.具有低導通電阻，高電流密度，使其能夠具有更小的晶片尺寸。

8.具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益、更高的開關速度

9.可以使用低控制電壓切換高電流電平。

#百度創作靈感中心#