IGBT驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)設(shè)計(jì)（適用于MOS管）-KIA MOS管

IGBT的理想等效電路及實(shí)際等效電路如下圖所示：

IGBT是由一個(gè)N溝道的MOS管FET和一個(gè)PNP型GTR組成，以GTR為主導(dǎo)器件，MOS管為驅(qū)動(dòng)器件。GiantTransistor-GTR電力晶體管。這也導(dǎo)致其性能上與MOS管有所差異。

注意區(qū)域的劃分與MOS管不一樣，從其結(jié)構(gòu)原理區(qū)理解，下圖中1為截止區(qū)，2為線性區(qū)（退飽和區(qū)），3為飽和區(qū)（電壓飽和），4位雪崩擊穿區(qū)。開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。

短路保護(hù)

短路有兩種，直通短路（短路電流迅速上升，迅速進(jìn)入退飽和區(qū)）和負(fù)載短路（短路電流逐漸上升）。

區(qū)分：IGBT退飽和區(qū)類似與MOS管的恒流區(qū)，期望工作在飽和區(qū)，在退飽和區(qū)其損耗會(huì)成倍增加。

什么情況下IGBT會(huì)進(jìn)入退飽和狀態(tài)？--退飽和一般發(fā)生在器件短路時(shí)。

假如有一種工況，Ic持續(xù)增大，當(dāng)大到一定程度，這個(gè)時(shí)候Vce增加很快，但I(xiàn)c上升速率變慢，IGBT便進(jìn)入了退飽和區(qū)，即紅色方框右邊的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：Vce和Ic的乘積非常大，也就是損耗功率很大，往往超過(guò)10us就會(huì)燒壞，很危險(xiǎn)；飽和區(qū)電流與Vge成正相關(guān)，即Vge大的話，進(jìn)入飽和區(qū)的電流也會(huì)大一點(diǎn)，下圖也可以看出來(lái)。

當(dāng)發(fā)生短路直通時(shí)，電流急劇增加導(dǎo)致IGBT會(huì)迅速進(jìn)入退飽和區(qū)，其兩端的電壓VCE會(huì)迅速達(dá)到直流母線電壓；而流過(guò)IGBT的電流IC，會(huì)達(dá)到額定電流的4倍甚至更多，取決于IGBT的類型及門極電壓。

這時(shí)，IGBT所消耗的功率，會(huì)瞬時(shí)達(dá)到兆瓦級(jí)。如果不能在很短的時(shí)間內(nèi)減小短路電流，IGBT會(huì)因?yàn)樾酒^(guò)熱而燒毀。

然而，如果短路時(shí)的關(guān)斷速度像正常關(guān)斷一樣快，會(huì)產(chǎn)生很大的di/dt，由于寄生電感的存在，該di/dt會(huì)在IGBT兩端帶來(lái)很大的電壓尖峰，使得IGBT過(guò)壓擊穿。

為了解決短路時(shí)巨大的關(guān)斷尖峰，可引入了軟關(guān)斷技術(shù)。在IGBT發(fā)生短路直通時(shí)，在保證短路時(shí)間不超過(guò)10us的前提下，通過(guò)緩慢的降低門極電壓VGE，既保證了IGBT芯片不會(huì)因?yàn)檫^(guò)溫?zé)龤В灿行Ы档土薲i/dt，避免了關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰，保證了IGBT的安全。