【技术】IGBT保护电路设计

时间： 2023-03-25 来源：Yint音特电子公众号

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

IGBT：绝缘栅双极型晶体管芯片，是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“心脏”之称;设计出元器件与应用相匹配的电路，才能把IGBT的性能发挥到最佳状况！

1. IGBT的保护分为以下几类

1.1过电压保护

集电极与发射极、栅极与发射极、集电极与发射极、高dv/dt

1.2过电流保护

自锁效应、动态雪崩、负载过流

1.3短路保护

直流母线式短路、寄生电感式短路

1.4缓冲保护

RC缓冲

RCD充放电型

RCD放电阻型

RC阻容吸收缓冲

2. IGBT的电磁兼容性考虑

1.1.1栅极与发射极过压保护

异常情况是的栅极和发射极开路，而栅极与集电压在加电压下，栅极过压一般两种情况，一种是大量静电聚集在栅极电容引起的过压;另一个种是电容的 Miller effect 导致的电压上升，保护参考方案：

电阻R使用：M欧姆级电阻，稳压二极管或瞬态抑制二极管16或18V，功率随IGBT功率而变化;这里还要考虑驱动电压Vge的有效性+20V，假如驱动电压太低，功率不够

1.1.2集电极与发射极过压保护

异常场景是IGBT的前级输入直流电压过高，很容易导致器件直接损坏，不可逆!

V器件MAX = V工作电压*1.3倍

异常场景是集电极与发射极两端存在分布电感L，Ldi/dt产生电压叠加上Vce电压，会远远超出器件的承受电压

上图3，调整R2，尽量让Ldi/dt产生的电压小，保证Vce + Ldi/dt 小于器件承受电压，其实关断和开启产生的浪涌电压也类似。

1.2.1过电流保护

自锁效应是指IGBT内部结构存在寄生二极管，也有叫体二极管;它在正常情况的栅极电流产生的正向偏压，不足以让寄生二极管导通，但是当棚极驱动电压达到足够大时，二极管将会导通，这样导致栅极的失去控制;栅极失去控制后，长时间处于过流状态，有时候过电流会是正常电流的3~5倍，大电流内部将产生大热量，最后导致器件损坏，特别注意是在这种情况还不能急速切断，否则引入di/dt.

饱和压降与短路时间表

1.2.1过流检测保护常用方式

1.3.1短路保护之直流母线式短路

IGBT从饱和区进入放大区，开关损耗增大是器件损坏的诱因

IGBT内部短路，导致瞬态电流导致器件损坏

1.3.2故障描述：图9 是下半桥的两个IGBT器件，V2导通，VD4体二极管续流状态;当VS处于0伏电平，V2和V4两颗器件处理关断状态，但是在LS电感储能作用下，VD2和VD4体二极管续流;一般情况，器件的管体压降比较小，假如上下桥的一侧器件损坏，将会产生比正常大比较的多的压降电压，反馈电路监测Vce(SAT)电压，保护IGBT的短路保护是不错的方案，比较传统的做法是带Vce保护的光耦。

短路保护的形式分：相间短路，相地短路

1.4.1阻容吸收保护

阻容吸收保护对于IGBT器件十分重要，主要分为三种保护电路

放电阻止型吸收电路

集中式保护电路

注：布线和LC吸收器件，尽快选择高频特性较好的器件，减小器件本身的电感特性

电阻使用氧化膜更优、电容使用聚乙烯/丙烯材料更优

电容能够不需要的电磁能量转化成静电能量存储起来，电阻可防止电容和寄生电感产生的谐振能量。

2.1 IGBT的电磁兼容性考虑

随着自动化、PLC、电机的大量使用，电机控制系统是电力传动的核心关键技术;应用场景复杂性、多样性;器件处于各式各样的电磁环境工况下运行，欧州的CE和中国VCCI标准要求;因此，要充分考虑EMC电磁兼容问题。

核心问题：IGBT在通断过程产生的高频di/dt、dv/dt，再结合线路的寄生电感和寄生电容产生的高频LC振荡干扰。

TVS典型案例一描述：

图19 电阻R的作用是使栅极积累电荷泄放，其阻值可取4.7kΩ;中间并联TVS瞬态抑制二极管，它是18V工作电压，能在PS级的动作响应时间，是为了防止栅源电压尖峰损坏。

TVS典型案例二描述

注：如果直流母线电压不是太高，可以由单颗TVS完成，如果电压太高，可以由多颗低压IVS串联完成，但要注意抑制串联寄生感抗避免有源钳位时过充电压过高。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由玉鹤甘茗转载自Yint音特电子公众号，原文标题为:IGBT保护电路设计，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（0）

暂无评论

IGBT功率元器件基础知识

本文章中介绍了IGBT的基础知识，包括基于IGBT特点的适用范围和应用示例、IGBT的结构和工作原理、与其他功率晶体管的比较、在电机应用中的区分使用、重要的参数“短路耐受时间”以及FRD内置型IGBT的反向恢复特性等内容。

2024-06-25 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

Application Scope and Market of IGBT

IGBTs, which are power semiconductors, are used in various applications ranging from automotive applications to industrial equipment and consumer electronics. From three-phase motor control inverters with high-output Application scope and market of IGBTcapacitance in trains and HEV/EV, etc.

2023-09-23 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

IGBT的工作原理

在实际应用中最流行和最常见的电子元器件是双极结型晶体管 BJT 和 MOS管。你可以把 IGBT 看作 BJT 和 MOS 管的融合体，IGBT具有 BJT 的输入特性和 MOS 管的输出特性。

2024-01-27 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

齐发涨价函，功率半导体触底反弹？

当前功率半导体库存去化显著，且终端需求渐渐出现回暖迹象，功率半导体行业是否已触底反弹？

2024-04-26 - 行业资讯代理服务技术支持现货查询批量订货

Yint Electronics Complete Electromagnetic Compatibility Solution for Brushless Motor Electronic Control

Yint Electronics conducts in-depth research to improve the stability of products save energy and reduce consumption for Yint Electronics planet. Provide Yint Electronics complete electromagnetic compatibility solution for brushless motor electronic control!

2023-11-09 - 应用方案代理服务技术支持现货查询批量订货

逆周期实现投资额翻番，功率半导体发展动力“源源不断”

集微网消息，半导体下行周期似乎丝毫不影响国内功率半导体赛道的稳健增长。在新能源汽车、储能发电等产业应用驱动，以及碳化硅、氮化镓等新材料在高压场景中的应用趋于成熟，近两年国内功率半导体产业项目建设热潮持续，呈现如火如荼的热闹场景，在投资额、规模方面逐步走高。

2023-11-15 - 行业资讯代理服务技术支持现货查询批量订货

浅析IGBT的应用范围及市场

IGBT是输入部为MOSFET结构、输出部为BIPOLAR结构的元器件，通过这两者的复合化，既是使用电子与空穴两种载体的双极元件，同时也是兼顾低饱和电压（与功率MOSFET的低导通电阻相当）和较快的开关特性的晶体管。

2023-10-28 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

Application Of TVS Transient Suppression Diode In Brushless Motor

Brushless motors are usually driven by a three-phase bridge circuit, and their normal operating voltage and current will have excessively high transient peak voltages and currents due to various factors such as load changes and magnetic field interference.

2023-07-25 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

太阳能逆变器的快恢复二极管的用途及使用注意事项

快恢复二极管（Fast Recovery Diode，简称FRD）在太阳能逆变器中的主要作用是用于电流的反向导通和IGBT的关断过程的电荷泄放。快恢复二极管的使用注意事项如下：1.逆变器设计时需要选择合适的快恢复二极管，确保其额定电流和电压等参数符合逆变器的工作要求。

2023-11-11 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

What Is A Power Semiconductor Device？

Power semiconductor components are semiconductor components used for power control belonging to analog semiconductors, usually called power devices, including rectifier diodes, power transistors (power MOSFET, IGBT), thyristors, and gates. About GTOs, triacs, etc.

2023-08-18 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

IGBT 保护电路设计

型号- P6SMB600CA,P6SMB550CA

2023/4/10 - 音特电子 - 应用及方案 - Rev:22.1 代理服务技术支持现货查询批量订货

Passive Components Usher In New Growth Opportunities In The Era Of Electrification

Capacitor application scenarios are abundant, and film capacitors have a tendency to replace aluminum electrolytic capacitors in the new energy industry. Ceramic capacitors have a large capacitance range, wide operating temperature range, small dielectric loss, and obvious miniaturization advantages.