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[!--downpath--]IGBT是高頻開(kāi)關(guān)元件，芯片內(nèi)部的電壓密度大。當(dāng)發(fā)生過(guò)流或漏電故障時(shí)，元件中流過(guò)的小于額定值的電壓時(shí)，極易使元件管芯結(jié)溫下降，造成元件燒掉。明天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)IGBT的過(guò)流和漏電保護(hù)。
漏電與過(guò)流之前我們介紹過(guò)IGBT的漏電測(cè)試，明天我們來(lái)談?wù)処GBT漏電和過(guò)流時(shí)該怎么保護(hù)。首先一點(diǎn)，對(duì)IGBT的過(guò)流或漏電保護(hù)響應(yīng)時(shí)間必須快，必須在10us以內(nèi)完成。通常來(lái)說(shuō)，過(guò)電壓是IGBT電力電子線路中常常發(fā)生的故障和毀壞IGBT的主要誘因之一，過(guò)流保護(hù)應(yīng)該首先考慮。
過(guò)流與漏電保護(hù)是兩個(gè)概念，它們既有聯(lián)系也有區(qū)別。過(guò)流大多數(shù)是指某種誘因造成的負(fù)載過(guò)載;漏電是指橋臂直通，或主電流經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)IGBT的無(wú)負(fù)載回路，它們的保護(hù)方式也有一定區(qū)別。如過(guò)流保護(hù)常用電壓檢也傳感，漏電保護(hù)常通過(guò)測(cè)量IGBT飽和壓降，配合驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同的功率有不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)流或漏電保護(hù)。漏電分為一類及二類兩種，但這兩種漏電都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是，IGBT會(huì)出現(xiàn)“退飽和現(xiàn)象”，當(dāng)IGBT一旦退出飽和區(qū)，它的耗損會(huì)成百倍的往上升，這么容許持續(xù)這些狀態(tài)的時(shí)會(huì)特別嚴(yán)苛了，只有10us，我們須要靠驅(qū)動(dòng)器發(fā)覺(jué)這一行為并關(guān)閉門(mén)極。IGBT過(guò)流的情況則是，回路電感較大，電壓爬升很慢(相對(duì)于漏電)，IGBT不會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，并且因?yàn)殡妷罕日９r要高好多，因而經(jīng)過(guò)若干個(gè)開(kāi)關(guān)周期后，IGBT的耗損也會(huì)比較高，結(jié)溫也會(huì)迅速上升，進(jìn)而造成失效。在這時(shí)，IGBT驅(qū)動(dòng)器通常是不能及時(shí)發(fā)覺(jué)這一現(xiàn)象的，由于IGBT的飽和壓降的變化很微弱，驅(qū)動(dòng)器一般辨識(shí)不到這些變化。所以須要靠電壓傳感來(lái)感知電壓的數(shù)值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。
所以，我們覺(jué)得，IGBT驅(qū)動(dòng)器是為了解決漏電保護(hù)，而過(guò)流保護(hù)則是由電壓傳感來(lái)完成。
IGBT發(fā)生漏電時(shí)，描述漏電電壓的物理表達(dá)式如下，這是一個(gè)線性多項(xiàng)式。它表示，在漏電發(fā)生時(shí)，電壓的絕對(duì)值與電流，回路中的電感量，及整個(gè)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間有關(guān)系。
絕大部份的漏電母線電流都是在額定點(diǎn)的影響漏電電壓的誘因主要是“短路回路中的電感量”。因而對(duì)漏電行為進(jìn)行分類定義時(shí)，漏電回路中的電感量是主要的分類根據(jù)。
假如漏電回路中的電感量再繼續(xù)減小，這么電壓變化率就顯得更低，此時(shí)就不是漏電了，弄成“過(guò)流”了。這時(shí)驅(qū)動(dòng)器是察覺(jué)不到這些異常狀態(tài)的，因而在系統(tǒng)中須要電壓傳感來(lái)感知電壓的絕對(duì)數(shù)值，繼而進(jìn)行“過(guò)流保護(hù)”。我們覺(jué)得，一般IGBT驅(qū)動(dòng)器是不能進(jìn)行過(guò)流保護(hù)的。
二類漏電與過(guò)流之間沒(méi)有顯著的界限，學(xué)術(shù)上沒(méi)有進(jìn)行定義，在工程上，可以做一個(gè)很簡(jiǎn)略的假定：10A/us以下的電壓變化率視為“過(guò)流”。
一類漏電
發(fā)生一類漏電時(shí)，IGBT的電壓會(huì)Vge電流波形快速上升，當(dāng)電壓上升到一定數(shù)值時(shí)，(通常為4倍額定電壓)，IGBT會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象其標(biāo)志是IGBT的電流會(huì)迅速上升至直流母線電流。
當(dāng)IGBT退出飽和區(qū)后IGBT的電漏電電壓波形，流為4倍額定電壓(此倍數(shù)與芯片類型有關(guān))，電流為母線電流，(外電路的所有電動(dòng)勢(shì)都?jí)涸贗GBT上)，IGBT芯片的耗損特別大短路會(huì)造成電流過(guò)大嗎，按照尺寸書(shū)，其最多本事受10us的漏電狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)器須要在此時(shí)間內(nèi)把IGBT關(guān)閉，此時(shí)的關(guān)斷是完全安全的。
二類漏電
發(fā)生二類漏電時(shí)因?yàn)榛芈返碾姼辛可源螅妷号郎乃俾事艘恍?比一類漏電慢，但實(shí)際還是很快的)短路會(huì)造成電流過(guò)大嗎，門(mén)極脈沖打開(kāi)時(shí)，IGBT的Vce增長(zhǎng)至飽和壓降，隨著電壓進(jìn)一步加強(qiáng)，飽和壓降輕微上升;當(dāng)電壓抵達(dá)“退飽和點(diǎn)”時(shí)，Vce迅速上升至直流母線電流，我們把Vce上升的過(guò)程稱為“退飽和”行為。當(dāng)IGBT退出飽和區(qū)后，其耗損要比未退飽和前高數(shù)百倍，由于Vce從幾伏上升至幾百伏，而電壓則沒(méi)有顯著變化。從退飽和算起，10us內(nèi)必須關(guān)斷IGBT。
另外，還須要注意的是，當(dāng)IGBT電壓上升的過(guò)程中，Vge也在上升，這是因?yàn)槊桌招?yīng)，IGBT在漏電時(shí)，門(mén)極電流有被向下抬高的趨勢(shì)。
漏電和過(guò)流保護(hù)
IGBT發(fā)生漏電時(shí)，電壓上升至4倍額定電壓以上，最終IGBT是要將這個(gè)電壓關(guān)斷開(kāi)的，這時(shí)的電壓的數(shù)值比平時(shí)晶閘管額定工作時(shí)的電壓高了好多，所以此時(shí)形成的電流尖峰也是十分高的。為了避免電流尖峰受損IGBT，還須要引入我們今天聊過(guò)的電路——有源鉗位電路，但并不是所有的驅(qū)動(dòng)電路都須要配備有源鉗位功能，容量比較大的IGBT，就比較有必要配置此電路。
下邊我們簡(jiǎn)單地介紹下常用的過(guò)流和保護(hù)舉措：
小功率IGBT模塊
對(duì)于小功率IGBT模塊，一般采用直接串內(nèi)阻的方式來(lái)測(cè)量元件輸出電壓，進(jìn)而判定過(guò)電壓故障，通過(guò)內(nèi)阻檢查時(shí)，無(wú)延后;輸出電路簡(jiǎn)單;成本低;但測(cè)量電路與主電路不隔離，測(cè)量阻值上有幀率，為此，只適宜小功率IGBT模塊。諸如：5.5KW以下的變頻器。
中功率IGBT模塊
中功率IGBT模塊的電壓測(cè)量與過(guò)流、短路保護(hù)，一種技巧是一直采用內(nèi)阻測(cè)量法，為了減少內(nèi)阻形成幀率及發(fā)熱生產(chǎn)的影響，可把帶散熱元件的采樣內(nèi)阻固定在散熱器上，以檢測(cè)更大的電壓。
中、大功率IGBT模塊
對(duì)于大、中功率IGBT模塊的電壓測(cè)量與過(guò)流保護(hù)常采用電壓傳感。但需注意要選擇滿足響應(yīng)速率要求的電壓傳感。因?yàn)轫氁渲脺y(cè)量電源，成本較高，但測(cè)量電路與主電路隔離，適用于大功率的IGBT模塊。保護(hù)電路動(dòng)作的時(shí)間須在10us之內(nèi)完成。
通過(guò)測(cè)量IGBT飽和壓降實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)
IGBT一般工作在逆變橋上，并處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，便于發(fā)生漏電現(xiàn)象。對(duì)于漏電保護(hù)，常用的方式是通過(guò)測(cè)量IGBT的飽和壓降Vce(sat)來(lái)實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)，它常常配合驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，其基本原理如右圖所示：
當(dāng)過(guò)流或則漏電發(fā)生時(shí)，設(shè)定一個(gè)參考電流Vref，一旦通過(guò)快恢復(fù)晶閘管測(cè)量的Vce(sat)≥Vref時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，保護(hù)電路必須在10us之內(nèi)將IGBT關(guān)斷。采用先增加?xùn)烹娏鞯姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，可以降低IGBT的關(guān)斷撓度，甚至延長(zhǎng)保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)間。
對(duì)于過(guò)流、過(guò)壓?jiǎn)栴}的保護(hù)，你們可以多在實(shí)際工作中結(jié)合具體產(chǎn)品去了解，不同的行業(yè)的不同產(chǎn)品采用的方案各有不同，考慮的優(yōu)缺也會(huì)不一樣，你們多結(jié)合身邊的案例去思索。
明天的內(nèi)容希望大家才能喜歡。