【经验】隔离驱动芯片如何使用高压二极管实现IGBT退饱和保护？

时间： 2018-01-19 来源：世强作者：zyliuliu

大功率变频器运行时，桥臂直通是可能出现的严重故障之一。该故障会导致流过IGBT模块的电流迅速变大，IGBT由饱和导通进入退饱和状态，模块内部热量短时间迅速累积无法释放，最终导致IGBT炸坏，变频器故障停机。如图1所示：

图1：IGBT过流进入退饱和状态

从图1中波形可以看到，短路电流Ic攀升至额定值的4倍左右时，Vce开始由饱和压降迅速上升至直流母线电压，此时我们就称为IGBT发生退饱和行为。为避免IGBT模块由于退饱和行为导致的炸机，我们在IGBT驱动电路施加了Vce压降检测功能和高级软关断，可以在IGBT进入退饱和状态后10us内迅速关断IGBT门极驱动Vge，保护IGBT不被损坏。

下面我们来介绍PI的隔离驱动SID11x2K是如何使用高压二极管实现IGBT退饱和保护功能的，如图2所示：

图2：使用二极管实现IGBT退饱和保护

在图2中，SID11x2K的VCE管脚通过电阻Rvce、电容Cres以及高压二极管Dvce实现IGBT的CE极管压降检测，从而实现退饱和保护功能。其中，Dvce是高压二极管，其耐压值不得低于IGBT耐压。

1、在IGBT关断状态下，SID11x2K内部的MOSFET将Vce连接到COM，然后电容Cres被放电至负电源电压（-10V左右），此时高压二极管Dvce处于反向截止状态。

2、在IGBT打开且处于导通状态时，随着Vce降低，Cres的电压开始由VISO经过Rres进行充电，Cres充电时间取决于电阻值Rres和电容值Cres，当IGBT的CE极间压降降低至饱和电压时，Cres的电压被高压二极管Dvce钳住。建议高压二极管Dvce使用标准工频整流二极管，如1N4007。如图3所示：

图3：IGBT导通时Vce管脚变化曲线

3、当IGBT短路时，IGBT退出饱和区，Vce迅速上升至母线电压，高压二极管Dvce截止，电容Cres被充电，当Cres电压被充至内部比较器电位Vrefx时，比较器发生反转，进入保护状态。

本文详细分析了IGBT出现过流而进入退饱和状态后，驱动电路通过PI隔离驱动SID11X2K（门极驱动芯片）与高压二极管配合，检测IGBT的CE极间压降变化，从而实现了IGBT退饱和保护功能，避免出现过流引起的炸机故障，提高可靠性。

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