igbt的驅動和短路保護,igbt的過電流保護-KIA MOS管

igbt的驅動和短路保護

IGBT作為一種新型的功率器件，具有電壓和電流容量高等優點，開關速度遠高于雙極型晶體管而略低于MOS管，廣泛地應用在各種電源領域。

IGBT的缺點，一是集電極電流有一個較長時間的拖尾，關斷時間比較長，所以關斷時一般需要加入負的電壓加速關斷;二是抗DI/DT的能力比較差，如果像保護MOS管一樣在很大的短路電流的時候快速關斷MOS管極可能在集電極引起很高的DI/DT，使UCE由于引腳和回路雜散電感的影響感應出很高的電壓而損壞。

IGBT的短路保護一般是檢測CE極的飽和壓降實現，當集電極電流很大或短路時，IGBT退出飽和區，進入放大區。上面說過這時我們不能直接快速關斷IGBT，我們可以降低柵極電壓來減小集電極的電流以延長保護時間的耐量和減小集電極的DI/DT。

如果不采取降低柵極電壓來減小集電極的電流這個措施的話2V以下飽和壓降的IGBT的短路耐量只有5μS。3V飽和壓降的IGBT的短路耐量大約10-15μS，4-5V飽和壓降的IGBT的短路耐量大約是30μS。

還有一點，降柵壓的時間不能過快，一般要控制在2μS左右，也就是說為了使集電極電流從很大的短路電流降到過載保護的1.2-1.5倍一般要控制在2μS左右，不能過快，在過載保護的延時之內如果短路消失的話是可以自動恢復的，如果依然維持在超過過載保護電流的話由過載保護電路關斷IGBT。

所以IGBT的短路保護一般是配合過載保護的，下面是一個TLP250增加慢降柵壓的驅動和短路保護的應用電路圖：

圖中電路正常工作時，ZD1的負端的電位因D2的導通而使ZD1不足以導通Q1截止;D1的負端為高電平所以Q3也截止。C1未充電，兩端的電位為0。IGBTQ3短路后退出飽和狀態，集電極電位迅速上升，D2由導通轉向截止。

當驅動信號為高電平時，ZD1被擊穿，C2能夠使Q1的開通有一小段的延時，使得Q3導通時可以有一小段的下降時間，避免了正常工作時保護電路的誤保護。

ZD1被擊穿后Q1由于C2的存在經過一段很短的時間后延時導通，C1開始通過R4、Q1充電，D1的負端電位開始下降，當D1的負端電位開始下降到D1與Q3be結的壓降之和時Q3開始導通，Q2、Q4基極電位開始下降，Q3的柵極電壓也開始下降。

當C1充電到ZD2的擊穿電壓時ZD2被擊穿，C1停止充電，降柵壓的過程也結束，柵極電壓被鉗位在一個固定的電平上。Q3的集電極電流也被降低到一個固定的水平上。

IGBT的過電流保護

IGBT的過電流保護是為了限制短路電流，將其控制在安全工作范圍內，以防止IGBT損壞。當上下電極同時導通時，電源電壓幾乎完全施加在開關上。在這種情況下，高短路電流可能導致器件損壞。

一種包含隔離光耦和過電流保護的IGBT驅動電路，如下圖所示。

1.隔離光耦（6N137）：高速隔離光耦6N137確保了輸入和輸出信號之間的電氣隔離，適用于高頻應用。

2.驅動電路：采用推挽輸出配置，主要驅動電路降低輸出阻抗，增強了驅動能力，適用于高功率IGBT的驅動。

3.過電流保護：過電流保護電路依賴于集電極飽和。當發生過電流時，IGBT被關閉。此保護機制涉及到組件，如V1、V3、V4、D1、R6、R7和V2，它們共同檢測和響應過電流條件。

額外的雙向電壓穩壓器（D3和D4）用于保護電源器件免受靜電放電。

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