如何保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和可再生能源系統(tǒng)中的IGBT

　　UVLO欠壓鎖定

　　ACPL-332J柵極驅(qū)動(dòng)光電耦合器提供有欠壓鎖定(UVLO, Under Voltage Lock-Out)功能，透過(guò)強(qiáng)迫器件在啟動(dòng)時(shí)為低電壓輸出以避免不足的柵極電壓。IGBT通常需要大約15V的柵極電壓以達(dá)到規(guī)格要求的VCE(SAT)飽和電壓，如果電壓低于12V，IGBT可能會(huì)在線性區(qū)工作，使得VCE(SAT)飽和電壓會(huì)在較大電流時(shí)大幅度提高，造成溫度過(guò)高問(wèn)題，在這種情況下，光電耦合器的UVLO欠壓鎖定功能就可以避免輸出在柵極驅(qū)動(dòng)器電源電壓不足時(shí)導(dǎo)通IGBT。　　

圖2：典型的IGBT工作區(qū)。

　　[圖說(shuō)]
　　Collector Current IC(A) = 集電極電流IC (A)
　　Saturation Region = 飽和區(qū)
　　Linear region = 線性區(qū)
　　Collector-Emitter Voltage VCE (V) = 集射極電壓VCE (V)

　　去飽合檢測(cè)和IGBT軟關(guān)斷

　　錯(cuò)誤檢測(cè)功能監(jiān)測(cè)IGBT的 VCE(SAT) 電壓，并于集電極電壓進(jìn)入去飽和區(qū)并超出預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)觸發(fā)本地的錯(cuò)誤保護(hù)關(guān)機(jī)程序，去飽和可以由接線錯(cuò)誤引起的相位或軌電源短路、計(jì)算錯(cuò)誤造成控制信號(hào)失效以及因負(fù)載引發(fā)的過(guò)載情況，或是柵極驅(qū)動(dòng)電路中的零組件問(wèn)題造成，在去飽和情況下，IGBT的電流和功耗會(huì)大幅度增加，造成IGBT過(guò)熱，進(jìn)而可能引發(fā)災(zāi)難性的故障?！　?/p>

圖3：具備去飽和檢測(cè)和有源米勒箝位功能的ACPL-332J。

　　IGBT的集射極電壓 VCE由器件的DESAT引腳 (pin 14) 監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生短路且VCE電壓超過(guò)內(nèi)部設(shè)定的去飽和錯(cuò)誤檢測(cè)閥值電壓(7V)時(shí)，器件會(huì)啟動(dòng)受到控制的軟關(guān)斷動(dòng)作以避免過(guò)大的電流變化(di/dt)造成電壓短時(shí)脈沖，在此同時(shí)，內(nèi)部的隔離反饋通道會(huì)拉低FAULT引腳 (pin 3) 輸出告知微控制器發(fā)生錯(cuò)誤情況。

　　米勒箝位

　　IGBT工作時(shí)一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是米勒電容所引起的寄生導(dǎo)通問(wèn)題，在關(guān)斷時(shí)IGBT上如果發(fā)生電壓變化(dVCE/dt)，S2將會(huì)形成因本身寄生米勒電容 CCG 所引發(fā)的電流，這個(gè)電流流過(guò)柵極電阻RG 和內(nèi)部電阻RDRIVER，造成IGBT柵極到射極上的壓降，如果這個(gè)電壓超過(guò)IGBT的柵極閥值電壓，那么就可能造成S2的寄生導(dǎo)通，引起電流擊穿問(wèn)題。　　

4：(a)IGBT因米勒電容造成的寄生導(dǎo)通，(b)有源米勒箝位可以對(duì)寄生米勒電流進(jìn)行分流。

　　[圖說(shuō)]
　　DRIVER = 驅(qū)動(dòng)器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Gate Voltage Spike! = 柵極電壓短時(shí)脈沖!
　　High dV/dt = 高dV/dt電壓變化
　　Shoot Through! = 擊穿!
　　DRIVER = 驅(qū)動(dòng)器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Low resistant path to shunt the parasitic Miller current = 對(duì)寄生米勒電流進(jìn)行分流的低阻值路徑
　　High dV/dt = 高dv/dt電壓變化