解析IGBT在系统中的短路及其保护
IGBT是由MOSFET和BJT复合而成，相比于其他大功率开关器件，IGBT具有小驱动功率、大电流、无二次击穿效应且易于并联的优势。因此，IGBT广泛应用于白家电、伺服电机和新能源发电系统。然而，在一些特殊工况下发生过流或短路时，器件流过的电流为正常额定值的数倍，器件管芯结温迅速升高，进而导致器件损坏，因此外围电路或驱动必须快速判断并切断驱动信号。
当前业界根据短路发生的时间点与IGBT工作状态下的短路分为两类，第一类短路（SC1）和第二类短路（SC2）。
短路类型
SC1短路：IGBT开通前已经发生短路，即：IGBT沟道打开之前，IGBT处于截止状态，之后栅极电压Uge控制沟道打开，高压母线发出的大电流灌入到IGBT沟道。此时沟道中流通的电流即可认为是IGBT的短路电流，短路时相关波形如图1所示。
图1 SC1短路波形
由此发生的短路电流随时间和温度变化，由于温度Tvj升高，跨导会下降，则短路电流Isc下降；另一方面，发生短路时短路电流也是栅极电压的函数，图2给出了瑶芯1200V 75A IGBT栅极电压、短路电流和最大短路时间的关系。
图2 栅极电压、短路电流和最大短路时间的关系
SC2短路：IGBT开通后发生短路是指IGBT的在导通的过程中，集电极-发射极两端压降Uce从低导通电压（饱和电压）状态迅速进入退饱和电压状态，此时几乎承受全部母线电压Udc以及换流路径杂感引起的电压尖峰之和。比如IGBT常应用于半桥结构，在上下管换流过程中，通常会因串扰导致误导通造成桥臂内短路（直通），这种情况下短路回路中的电感量较小（一般几十nH），IGBT产生巨大的电流，瞬间产生大量的热，从而损坏芯片和封装材料，甚至烧毁。
图3 SC2短路栅极电压、饱和电压、短路电流波形
这种电压突变会给栅极密勒电容充电，其可能导致栅极电压进一步升高，根据IGBT的跨导，集电极电流进一步增大。基于以上两种短路工况，必须采取迅速精准的保护方案。
短路保护方法
检测通态压降Uce：
- 原理：正常工作时，IGBT处于导通状态的饱和区，此时Uce较低，一般为1.5V左右。当发生短路故障时，IGBT的集电极电流急剧上升，退出饱和区进入线性工作区，导致Uce电压快速升高。通过监测Uce的电压值变化，可以判断IGBT是否发生短路。
- 保护动作：当检测到Uce电压超过设定的保护阈值，保护电路立即采取行动。一种方式是将驱动电压降为较低的值（如8V），使IGBT由饱和状态转入放大区，通态电阻增大，短路电流下降。经过一段时间（如4μs）连续检测Uce，如果恢复正常，将驱动电压恢复正常；如果Uce未恢复正常，则关断驱动信号，使集电极电流减为零，实现短路电流软关断，避免快速关断造成的过大di/dt损坏IGBT。
母线分流电阻检测法：
- 原理：在母线上串联一个小电阻，当电路中发生短路时，会有较大的电流流过该电阻，在电阻两端产生电压降。通过测量这个电压降，可以判断是否发生短路故障。
- 优缺点：这种方法的优点是准确性和灵敏度较高，能够检测到母线电路的短路情况；缺点是只适用于小功率的设备，对于大电流的应用场景，电阻上的功率消耗过大，可能会导致电阻过热甚至损坏。
输出霍尔检测法：
- 原理：利用霍尔传感器来检测IGBT输出端的电流。霍尔传感器可以将电流信号转换为与之成比例的电压信号，通过对电压信号的监测来判断电流是否超过正常范围，从而确定是否发生短路故障。
- 优缺点：霍尔传感器的响应速度较快，能够实时监测电流变化；但是其成本相对较高，并且在安装和使用过程中需要注意磁场干扰等问题，否则可能会影响检测的准确性。
光耦保护法：
- 原理：通过检测IGBT的Uce ，根据Uce与集电极电流Ic的关系，当Ic快速上升时，Uce也会随之上升。当Uce值上升到保护点电压时，光耦会自动关断，并发送错误信号给控制电路，触发保护动作。
- 特点：这种保护方式的灵敏度较高，但精度相对较差，通常只适用于短路保护。
综上所述，IGBT的短路保护是一个复杂但至关重要的领域，涉及多个层面的保护措施，包括硬件设计、栅极驱动策略和软件控制技术。通过这些方法，可以确保IGBT在面对短路情况时能够迅速响应，从而保护整个系统不受损害。
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目录- 产品特点与应用 产品命名规则 整流二极管模块 晶闸管模块 晶闸管/整流二极管模块 晶闸管/整流三相整流桥模块 快恢复二极管模块 肖特基模块 IGBT模块 封装尺寸图与包装形态 可靠性试验项目
型号- MT200CB08T2,MD120C08D1,MD165C08D2,MT160C16T2,MT200DT08L2,MD165K18D2,JX40N135HWR,MD100S18M8,MD120K18D1,MD100S18M5,MT90C12T1D,MT150DT12L2,MD100S18M3,MD100S18M4,YJ15N135R,MD100S18M2,MD100A08D1N,MD100S16NM3,MF400U12F2,MT110CB12T1,MD36C16D1,MD60H16M2,MT200U08T2,MD165U12D2,MD36A08D1,MF100A12F1,MF400K06F3,MT25C18T1,MF400U12FD,MF100A12F5,MD50H18FJ,MD200C08D2,MT40CB18T1,MT90C22T1,MD200K18D2,MD75S12M2,MG75HF12MRC1,MD75S12M4,MT200C12T2,MD165C18D2,MD120C18D1,MD60K08D1,MT130CB08T2,MB200K01F3,MD200U12D2,MB600K01F3,MD75S12M8,MD100A08D1,MD100C16D1,MG100HF12LEC1,MT130C08T2,MT160CB16T2,MB300U02FJ,MF200K04F4N,MF300K04F3,MD160S12M5,MF100A06F2N,MT110C18T1,MD160S12M3,MF200DU06FJ,MD120K08D1,MD75S08NM2,MT160C18T2,MF300K04F3LG,MD36K16D1,MD130S16M5,MD240C12D2,MD36A18D1,MD130S16M3,MD70A18D1,MT75DT12L1,MD120A16D1N,MD70K16D1,MT200U18T2,MD100S16M8,MD120K16D1,MD250S16NM3,MT130C18T2,MT40C12T1,MD60A12D1,MD100S16M2,MT25C08T1,MD100S16M5,MF200A06F2,MD100S16M3,MF300A06F2,MD100S16M4,MD100S16NM,MD200C18D2,MD160S12NM3,MD50S16M1,MD240A16D2,MD60S12NM2,MT200DT18L2,MD50S16M4,MD60H18M2,MD250S08M3,MF200K06F4N,MD250S08M5,MD60K18D1,MD50H16FJ,MT130CB18T2,MT60C16T1,MD165K08D2,MG75UZ12MRGJ,MD100A18D1,MD100K16D1,MD200A12D2,MF100C12F2N,MD120C08D1N,MF200C12F2,MF400K04F3LG,MD120C16D1,MF200C12F5,MD100K16D1N,MD165C16D2,MD120K12D1N,MT160C08T2,MD100S18NM3,MD100S18NM2,MT40CB08T1,MD70A08D1,MG50HF12LEC1,MD200K08D2,MD70C16D1,MD60DU12M7,MD75S18NM2,MF300K06F3,MF200K06F2N,MF300K06F2,MG100HF12MIC1,MT110C16T1,MT160CB18T2,MF200DU04FJ,MF200DU12FJ,MD120K08D1N,MD60C18D1,MD70C08D1,MD36A16D1,MD70K18D1,MT200U16T2,MF100U12F2,MD120A08D1,MG200HF12MRC2,MD60C12D1N,MT200DT16L2,MT110CB16T1,MT90CB08T1,MT150DT16L2,MD75S16NM2,MT130C16T2,MD100K08D1,MD100C12D1N,MD55K18D1,MG100HF12MRC1,JX15N135HWR,MD36C12D1,MF120DU06FJ,MT160C12T2,MF150K06F2,MF200A06F2N,MT60CB16T1,MD100C08D1,MD100K18D1,MD250S18M3,MD60H12M2,MF300U07F6,MD250S18M5,MF100C12F1,MF100C12F2,MT200C16T2,MD240K12D2,MF500U12F2,MD120C18D1N,MD100S12M2,MD55C08D1,MD70C18D1,MD70K08D1,MD160S16M5,MD60S18NM2,MD160S16M3,MD60K08D1N,MT160CB12T2,MF100K06F1,MT90C08T1D,MF300C06F2,MT100DT08L1,MF100K06F5,MD250S08NM3,MF150K06F2N,MD130S12M5,JX25N135HWR,MD130S12M3,MD100S12M5,MD100S12M3,MD200S12M5,MD100S12M4,MD55K08D1,MD100S12M8,MF100A06F1,MD100S12NM,MD200S12M3,MF150A06F2N,MD50S12M1,MT150DT18L2,MT90C12T1,MD50S12M4,MG400HF12MRC2,JX20N135HWR,MD240A12D2,MT60C12T1,MD55C16D1,MD120C16D1N,MT60CB12T1,MF100K06F2N,MD50H12FJ,MF200C06F2,MD36K12D1,MF150C06F2,MF150C06F5,MD55C18D1,MD60A16D1N,MD60S12M7,MG150HF12MRC1,MG150HF12MRC2,MG300HF12MRC2,MD60S12M2,MD250S16M5,MD250S16M3,MD250S18NM3,MD120A18D1N,MD30DU08DA,MT25CB08T1,MD60K18D1N,MD165A20D2,MT90C18T1D,MD60C08D1,MD100A12D1N,MD100C18D1,MT100DT18L1,MD60DU16M7,MD60S08NM2,MT110C12T1,MD36A12D1,MD165U08D2,MD60K16D1N,MT200U12T2,MB400K02F3,MB400K02F4,MT90C18T1,MD120A08D1N,MD75S08M8,MT200DT12L2,MD250S12NM3,MT130C12T2,MF200U12F2,MD200C12D2,MD60A18D1,MD160S16NM3,MD70A12D1,MD60A08D1N,MD60S16NM2,MD120A16D1,MD30DU18DA,MD55A08D1,MT130CB12T2,MF200K06F4,MF200K06F3,MF200K06F2,MD75S08M4,MT200CB12T2,MD60K12D1,MD75S08M2,MT200C08T2,MD100K12D1N,MD200A18D2,MT150DT08L2,MD100A12D1,MD165K20D2,MD100C08D1N,MT40C08T1,MD160S08M5,MD160S08M3,MD55A18D1,MD120K16D1N,MD240K16D2,MT100DT16L1,MT60CB08T1,MD200U08D2,MD60DU18M7,MD240C18D2,MT25CB18T1,MT90CB16T1,MD60C16D1,MF300U06F2,MD60A18D1N,MF100K12F5,MD120K18D1N,MD165K12D2,MD200S16M3,MD200S16M5,MD200A08D2,MT110CB18T1,MF150A06F2,MD60C16D1N,MT90C16T1D,MD75S12NM2,MT90C16T1,MF100K12F1,MD100S12NM3,MT25C12T1,MF200K04F3,MD120A18D1,MD165U18D2,MD200K12D2,MF200K04F4,MD30DU16DA,MD55C12D1,MD55K16D1,MT40CB12T1,MT110CB08T1,MT90CB18T1,MT60CB18T1,MD60DU08M7,MF200K12F2N,MD60S16M2,MD60A08D1,MD240C08D2,MF300U05F6,MD60S16M7,MD55A16D1,MD200U18D2,MD250S12M5,MT200C18T2,MD250S12M3,MB800K01F3,MG75U12MRGJ,MD160S18M5,MD165C20D2,MD160S18M3,MT25CB16T1,MF300A06F2N,MD100C18D1N,MD165A12D2,MF100C06F1,MG300HF12MIC2,MD130S18M3,MD36K18D1,MD130S18M5,MF200C12F2N,MD100K08D1N,MD70A16D1,MD60H08M2,MD36C08D1,MD165A08D2,MD120A12D1N,MD200S18M5,MD200S18M3,MD200C16D2,MD240A18D2,MB400K01F4N,MD165U16D2,MD50S18M1,MF200A12F2N,MD50S18M4,MF300K06F2N,MT75DT18L1,MT130CB16T2,MD60K16D1,MD120C12D1N,MT200CB16T2,MD120A12D1,MT60C18T1,MD100A16D1,MB400K02F4N,MD240K08D2,MD60S18M2,MD100A18D1N,MD60A12D1N,MD60S18M7,MT75DT08L1,MD200U16D2,MD75S16M8,MD75S16M2,MT160CB08T2,MD75S16M4,MT100DT12L1,MG200HF12MIC2,MD100A16D1N,MF200K12F2,MD100C12D1,MT40C16T1,MD160S18NM3,MD200S08M5,MD165A18D2,MD60C18D1N,MD100S08NM3,MT90CB12T1,MD200S08M3,MT90C08T1,MD60C12D1,MT75DT16L1,MD240C16D2,MD50S08M1,MD50S08M4,MF200K12F5,MD165K16D2,MD60K12D1N,MD70K12D1,MD120K12D1,MD100K18D1N,MG75HF12MIC1,MB200DU01FJ,MT60C08T1,MD130S08M5,MG100UZ12MRGJ,MG75HG12LEC1,MD130S08M3,MD60A16D1,MD36C18D1,MD100S08M4,MD100S08M5,MF400K04F3,YJ25N135R,MD100S08M8,MD100C16D1N,MD30DU12DA,MD55K12D1,MD100S08M2,MT25C16T1,MD100S08M3,MT200CB18T2,MF120DU12FJ,MD75S18M8,MT40CB16T1,MF200C12FJHS,MD200A16D2,MD200K16D2,MF300C12F2,MD55A12D1,MB400K01F4,MD75S18M4,MB400K01F3,MT110C08T1,MD120C12D1,MB200DU02FJ,YJ20N135R,MD165C12D2,MD75S18M2,MG400HF12MIC2,MD60
【应用】国产高压600V三相全桥驱动IC SLM2136用于伺服电机器设计，内部集成三个独立半桥输出通道
在伺服驱动应用方面中，为了更好驱动电机正反转及相应的速度，驱动芯片是必不可少的，数明半导体三相全桥驱动IC SLM2136是一款600V高压、高速功率MOSFET和IGBT驱动器，具有三个独立的半桥输出通道，适用于三相电机驱动应用。
应用方案 发布时间 : 2022-02-16
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