解析IGBT在系统中的短路及其保护

时间： 2024-10-22 来源：瑶芯微电子公众号

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

IGBT,AK1B65A005KHT,AK1B65A020FHT,AK1B65A030FHT

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。

瑶芯AKS 650V S3 IGBT T系列产品推荐

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

本文由犀牛先生转载自瑶芯微电子公众号，原文标题为:瑶芯技术分享 | IGBT 在系统中的短路及其保护，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

三相维也纳PFC功率器件损耗分析

三相维也纳PFC是一种三电平PWM整流器拓扑，旨在提高电源系统的效率和功率因数。因其所需的开关器件少，单个功率器件所承受的最大电压为输出母线电压的一半，无需设置驱动死区时间，无桥臂直通问题等特点得到广泛应用。本文瑶芯微将为您介绍三相维也纳PFC功率器件损耗分析。

2024-10-23 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

LFPAK与AKS PDFN5x6封装对比

瑶芯微电子科技（上海）有限公司主要致力于功率器件、智能传感器和信号链IC的设计、研发和销售，主营产品为功率器件（中低压Trench MOS以及SGT MOS，高压SJ超结MOS，IGBT，FRD，SiC MOS和SiC 二极管）和MEMS传感器以及信号链IC。

2024-02-22 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

深入探究真空伺服电机对半导体制造的重要性

真空伺服电机在半导体制造中扮演着不可或缺的角色。它们的可靠性能、效率以及稳定可靠性使其成为现代半导体制造过程中的重要支柱。有了这些关键组件的支持，半导体行业才能不断创新，满足不断增长的市场需求。

2024-08-09 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

瑶芯推出最新新能源车、光储、充电桩及各类电源的功率器件解决方案

作为国内领先的功率器件和数模混合信号链IC产品供应商，瑶芯推出最新新能源车、光储、充电桩及各类电源的功率器件解决方案，覆盖低压SGT MOS、高压SJ MOS、IGBT和SiC MOSFET系列。

2024-08-06 - 产品代理服务技术支持现货查询批量订货

直流无刷电机驱动电路MOSFET应用

由于无刷电机具有高扭矩、长寿命、低噪声等优点，已经在各领域中得到了广泛应用。其内部电子绕组可看作一个电感线圈。如图1所示内部结构及电流波形，通过不断改变定子绕组中的电流方向，从而改变电磁铁的磁性，使得电机连续旋转。因此需要设计一个驱动电路，改变定子绕组中的电流方向才能使得转子旋转，常用驱动电路为三相全桥逆变电路。

2024-08-19 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

碳化硅：第三代半导体材料的性能优势与应用前景

经过第一代硅基半导体、第二代的砷化镓半导体，半导体材料发展已经来到了属于碳化硅、氮化镓的第三代。碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。

2024-11-11 - 行业资讯代理服务技术支持现货查询批量订货

江苏东海半导体科技有限公司是一家从事半导体分立器件和集成电路的开发设计、封装测试和销售的高新技术企业。公司研发团队来自国际大厂意法半导体以创新为动力，不断开发新产品，集产、学、研于一身，已拥有各项专利近百项。江苏东海配有先进的全自动生产设备。

平面 MOS Trench MOS SGT MOS Cool MOS SJ MOS SIC MOS 肖特基二极管 LOW VF肖特基二极管 SIC二极管快恢复二极管平面 IGBT Trench IGBT IGBT Module 三端稳压 IC

代理服务线上商城技术资料

东海半导体授权世强硬创，代理IGBT单管/模块、SiC二极管/MOS

40A 1200V TRENCHSTOP IGBT采用先进的沟槽和场截止技术设计，不仅能提供优异的VCEsat和开关速度、低栅极电荷，还拥有卓越的开关速度，VCEsat中的正温度系数带来轻松并联的能力。

2023-09-18 - 签约新闻代理服务技术支持现货查询批量订货

AK1BK2A140YAHH 1200V 140A Insulated Gate Bipolar Transistor DATASHEET

型号- AK1BK2A140YAHH

2024/6/12 - 瑶芯微 - 数据手册 - Rev.1.0 代理服务技术支持现货查询批量订货

【选型】扬杰科技（YANGJIE）功率模块（IGBT模块/整流模块/晶闸管模块/肖特基模块/快恢复模块）选型指南

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

扬杰科技 - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货