IGBT的過電流保護

　　IGBT的過流保護電路可分為兩類:一類是低倍數(1.2 ~ 1.5倍)過載保護；一種是高倍數(高達8 ~ 10倍)短路保護。

　　對于過載保護，不需要快速響應，可以采用集中保護，即檢測輸入端或DC鏈路的總電流。當該電流超過設定值時，比較器翻轉并阻斷所有IGBT驅動器的輸入脈沖，從而使輸出電流降至零。這種過載電流保護一旦激活，只能通過復位恢復正常運行。

　　IGBT能短時間耐受短路電流，耐受短路電流的時間與IGBT的飽和壓降有關，隨著飽和壓降的增大而延長。比如飽和壓降小于2V的IGBT可以承受短路時間小于5μs，飽和壓降3V的IGBT可以承受短路時間長達15μs，在4 ~ 5v可以達到30μs以上。存在上述關系是因為隨著飽和導通壓降的降低，IGBT的阻抗也降低，同時短路電流增大。短路期間的功耗隨著電流的平方增加，導致承受短路的時間迅速減少。

　　通常有兩種保護措施:軟關斷和降低柵極電壓。軟關斷是指在發生過流和短路時，直接關斷IGBT。而軟關斷抗干擾能力差，一旦檢測到過流信號就會關斷，容易造成誤動作。為了提高保護電路的抗干擾能力，可以在故障信號和保護電路啟動之間加一個延時，但是在這個延時期間故障電流會急劇上升，大大增加了功率損耗，也導致了器件的di/dt的增加。因此，保護電路經常被啟動，而設備仍然是壞的。

　　降低柵極電壓的目的是當檢測到器件過電流時立即降低柵極電壓，但器件保持導通。柵壓降低后有一個固定的延時，在這個延時期間故障電流被限制在一個很小的值，降低了器件發生故障時的功耗，延長了器件的抗短路時間，并且可以降低器件關斷時的di/dt，對器件保護非常有利。如果延時后故障信號仍然存在，則器件關閉，如果故障信號消失，驅動電路可以自動恢復正常工作狀態，大大增強了抗干擾能力。

　　上述降低柵壓的方法只考慮了柵壓與短路電流的關系，而在實際中，降低柵壓的速度也是一個重要因素，它直接決定了故障電流降低的di/dt。慢柵壓降技術是通過限制柵壓下降的速度來控制故障電流下降的速率，從而抑制dv/dt和uce的峰值。圖5示出了實現慢柵極壓降的具體電路。

　　圖5實現緩慢柵壓下降的電路

　　在正常操作期間，由于故障檢測二極管VD1的導通，點A處的電壓被箝位在齊納二極管VZ1的擊穿電壓以下，并且晶體管VT1總是保持關斷。V1通常通過驅動電阻Rg來開啟和關閉。電容C2為硬開關應用提供了很小的延遲，使得uce在V1導通時有一定的時間從高壓下降到導通態壓降，而不使保護電路工作。

　　當電路發生過流和短路故障時，V1上的uce上升，A點的電壓也相應上升。當達到一定值時，VZ1擊穿，VT1導通，B點電壓下降。電容器C1通過電阻器R1充電，電容器電壓從零開始上升。當電容器電壓上升到大約1.4V時，晶體管VT2導通，并且柵極電壓uge隨著電容器電壓的增加而下降。通過調節C1的值，可以控制電容器的充電速度，從而控制它。當電容電壓上升到齊納二極管VZ2的擊穿電壓時，VZ2擊穿，uge箝位在一個固定值，慢慢降低柵極電壓的過程結束。同時，驅動電路通過光耦輸出過流信號。如果故障信號在延遲期間消失，A點的電壓降低，VT1回到截止狀態，C1通過R2放電， D點電壓上升，VT2返回截止，uge上升，電路恢復正常工作狀態。

　　IGBT開關過程中的過電壓

　　當IGBT關斷時，其集電極電流將高速下降，尤其是在短路故障的情況下。如果不采取軟關斷措施，其臨界電流將降低幾Ka/μ s..極高的電流下降率會在主電路的分布電感上感應出很高的過電壓，導致IGBT在關斷時損壞。所以從關斷的角度來說，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。但對于IGBT的開通，集電極電路的電感有助于抑制續流二極管的反向恢復電流和電容充放電引起的峰值電流，降低開通損耗，承受更高的開通電流上升率。一般來說，IGBT開關電路的集電極不需要串聯電感， 并且可以通過改善柵極驅動條件來控制其導通損耗。