IGBT的保护设计

图中：v_CE为IGBT集电极－发射极间的电压波形；

i_c为IGBT的集电极电流；

U_d为输入IGBT的直流电压；

V_CESP=U_d＋Ldi_c/dt,为浪涌电压峰值。

如果V_CESP超出IGBT的集电极－发射极间耐压值V_CES，就可能损坏IGBT。解决的办法主要有：

——在选取IGBT时考虑设计裕量；

——在电路设计时调整IGBT驱动电路的R_g，使di/dt尽可能小；

——尽量将电解电容靠近IGBT安装，以减小分布电感；

——根据情况加装缓冲保护电路，旁路高频浪涌电压。

由于缓冲保护电路对IGBT的安全工作起着很重要的作用，在此将缓冲保护电路的类型和特点作一介绍。

——C缓冲电路 如图4(a)所示，采用薄膜电容，靠近IGBT安装，其特点是电路简单，其缺点是由分布电感及缓冲电容构成LC谐振电路，易产生电压振荡，而且IGBT开通时集电极电流较大。

——RC缓冲电路 如图4(b)所示，其特点是适合于斩波电路，但在使用大容量IGBT时，必须使缓冲电阻值增大，否则，开通时集电极电流过大，使IGBT功能受到一定限制。

——RCD缓冲电路 如图4(c)所示，与RC缓冲电路相比其特点是，增加了缓冲二极管从而使缓冲电阻增大，避开了开通时IGBT功能受阻的问题。

（a）C缓冲电路 （b）RC缓冲电路

（c）RCD缓冲电路 （d）放电阻止型缓冲电路

图4 缓冲保护电路

该缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗为

P=LI²f＋CU_d²f

式中：L为主电路中的分布电感；

I为IGBT关断时的集电极电流；

f为IGBT的开关频率；

C为缓冲电容；

U_d为直流电压值。

——放电阻止型缓冲电路如图4(d)所示，与RCD缓冲电路相比其特点是，产生的损耗小，适合于高频开关。

在该缓冲电路中缓冲电阻上产生的损耗为

P=LI²f

根据实际情况选取适当的缓冲保护电路，抑制关断浪涌电压。在进行装配时，要尽量降低主电路和缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好。

2．3 集电极电流过流保护

对IGBT的过流保护，主要有3种方法。