IGBT驱动电路保护设计(适用于MOS管)-KIA MOS管
IGBT的理想等效电路及实际等效电路如下图所示:
IGBT是由一个N沟道的MOS管FET和一个PNP型GTR组成,以GTR为主导器件,MOS管为驱动器件。GiantTransistor-GTR电力晶体管。这也导致其性能上与MOS管有所差异。
注意区域的划分与MOS管不一样,从其结构原理区理解,下图中1为截止区,2为线性区(退饱和区),3为饱和区(电压饱和),4位雪崩击穿区。开关状态工作在饱和区和截止区。
短路保护
短路有两种,直通短路(短路电流迅速上升,迅速进入退饱和区)和负载短路(短路电流逐渐上升)。
区分:IGBT退饱和区类似与MOS管的恒流区,期望工作在饱和区,在退饱和区其损耗会成倍增加。
什么情况下IGBT会进入退饱和状态?--退饱和一般发生在器件短路时。
假如有一种工况,Ic持续增大,当大到一定程度,这个时候Vce增加很快,但Ic上升速率变慢,IGBT便进入了退饱和区,即红色方框右边的区域,这个区域有两个显著的特点:Vce和Ic的乘积非常大,也就是损耗功率很大,往往超过10us就会烧坏,很危险;饱和区电流与Vge成正相关,即Vge大的话,进入饱和区的电流也会大一点,下图也可以看出来。
当发生短路直通时,电流急剧增加导致IGBT会迅速进入退饱和区,其两端的电压VCE会迅速达到直流母线电压;而流过IGBT的电流IC,会达到额定电流的4倍甚至更多,取决于IGBT的类型及门极电压。
这时,IGBT所消耗的功率,会瞬时达到兆瓦级。如果不能在很短的时间内减小短路电流,IGBT会因为芯片过热而烧毁。
然而,如果短路时的关断速度像正常关断一样快,会产生很大的di/dt,由于寄生电感的存在,该di/dt会在IGBT两端带来很大的电压尖峰,使得IGBT过压击穿。
为了解决短路时巨大的关断尖峰,可引入了软关断技术。在IGBT发生短路直通时,在保证短路时间不超过10us的前提下,通过缓慢的降低门极电压VGE,既保证了IGBT芯片不会因为过温烧毁,也有效降低了di/dt,避免了关断时的电压尖峰,保证了IGBT的安全。
上图左边发生短路,右边软关断。粉红色为Vce,蓝色为Vge,绿色为Ic;
图中Vce没有降到0,说明IGBT未完全开通即进入退饱和,属于第一种短路类型。
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