工程師推薦：詳解各種IGBT驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)方法

驅(qū)動(dòng)模塊的模式選擇端MOD外接+15V電源，輸入引腳RC1和RC2接地，為直接工作模式。邏輯控制電平采用+15V，信號(hào)輸入管腳InA、InB連 接在一起接收來(lái)自單片機(jī)的脈沖信號(hào)，進(jìn)行同步控制。2SD315A的SO1和SO2兩只管腳外接三極管和光耦用來(lái)向單片機(jī)輸出兩輸出通道的 工作狀態(tài)，其輸出端結(jié)構(gòu)皆為集電極開(kāi)路輸出，可以通過(guò)外接上拉電阻以適用于各種電平邏輯。 在管腳SO1、SO2和電源之間以及VisoX 和LSX之間加發(fā)光二極管進(jìn)行故障指示。正常情況下SO1和SO2輸出皆為高電平，上電后D3和D4先亮，延時(shí)幾秒后熄滅，同時(shí)D8和D15發(fā)亮。

當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)，SO1和SO2的輸出電平被拉低到地，即D3和D4發(fā)亮，同時(shí)D8和D15閃爍。2SD315A是通過(guò)監(jiān)測(cè)UCE(sat)來(lái)判斷回路是否 短路和過(guò)流，當(dāng)檢測(cè)到一路或兩路發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象時(shí)，檢測(cè)電路會(huì)把異常狀態(tài)回饋到驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)故障信號(hào)并將它 鎖存，鎖存時(shí)間為1s，在這段時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)模塊不再輸出信號(hào)，而是將兩組IGBT及時(shí)關(guān)斷予以保護(hù)。同時(shí)，狀態(tài)輸出管腳SO1和SO2的高電平 被拉低，光耦TLP521導(dǎo)通，兩路狀態(tài)信號(hào)通過(guò)或門(mén)74LS32送給單片機(jī)。為防止因關(guān)斷速度太快在IGBT的集電極上產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)，在 門(mén)極輸出端采用如圖所示的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通和關(guān)斷速度的不同。開(kāi)通時(shí)門(mén)極電阻為3.4Ω，關(guān)斷時(shí)電阻為6.8Ω，二極管采用快恢 復(fù)型，這樣就使關(guān)斷速度下降到安全水平。這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放

IGBT短路失效機(jī)理

IGBT負(fù)載短路下的幾種后果

(1) 超過(guò)熱極限：半導(dǎo)體的本征溫度極限為250℃，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)本征溫度，器件將喪失阻斷能力，IGBT負(fù)載短路時(shí)，由于短路電流時(shí)結(jié)溫升 高，一旦超過(guò)其熱極限時(shí)，門(mén)級(jí)保護(hù)也相應(yīng)失效。

(2) 電流擎住效應(yīng)：正常工作電流下，IGBT由于薄層電阻Rs很小，沒(méi)有電流擎住現(xiàn)象，但在短路狀態(tài)下，由于短路電流很大，當(dāng)Rs上的壓降 高于0.7V時(shí)，使J1正偏，產(chǎn)生電流擎住，門(mén)級(jí)便失去電壓控制。

(3) 關(guān)斷過(guò)電壓：為了抑制短路電流，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，控制電路立即撤去正門(mén)級(jí)電壓，將IGBT關(guān)斷，短路電流相應(yīng)下降。由于短路電流大， 因此，關(guān)斷中電流下降率很高，在布線電感中將感生很高的電壓，尤其是在器件內(nèi)封裝引線電感上的這種感應(yīng)電壓很難抑制，它將使器件有過(guò)電流變?yōu)殛P(guān)斷過(guò)電壓而失效。

IGBT過(guò)流保護(hù)方法

(1) 減壓法：是指在故障出現(xiàn)時(shí)，降低門(mén)級(jí)電壓。由于短路電流比例于外加正門(mén)級(jí)電壓Ug1，因此在故障時(shí)，可將正門(mén)級(jí)電壓降低。

(2) 切斷脈沖方法：由于在過(guò)流時(shí)，Uce電壓升高，我們利用檢測(cè)集電極電壓的方法來(lái)判斷是否過(guò)流，如果過(guò)流，就切斷觸發(fā)脈沖。同時(shí)盡 量采用軟關(guān)斷方式，緩解短路電流的下降率，避免產(chǎn)生過(guò)電壓造成對(duì)IGBT的損壞。