怎样不损坏IGBT?.docx
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1、怎样不损坏IGBT? Power Integrations 导语:IGBT用于开关很多产品中的电源,这些产品包括变频驱动器(VFD)、伺服驱动器、电动汽车、巴士和卡车、火车、医疗设备X光和MRI、空调甚至一些专业音频系统等。这些产品都属于“大功率应用,它们很轻易被视为电气产品而非电子产品,因此人们会以为它们并不轻易受损。然而,有很多不同的失效机制会导致IGBT损坏,除非在设计经过中格外专心,确保器件的正确操纵。 GBT用于开关很多产品中的电源,这些产品包括(VFD)、伺服驱动器、巴士和卡车、火车、医疗设备X光和MRI、空调甚至一些专业音频系统等。这些产品都属于 大功率 应用,它们很轻易被视为电
2、气产品而非电子产品,因此人们会以为它们并不轻易受损。然而,有很多不同的失效机制会导致IGBT损坏,除非在设计经过中格外专心,确保器件的正确操纵。 与所有器件一样,运行环境温度、热冲击、热和功率循环以及振动可造成IGBT失效。ESD静电放电也是一个失效因素。由于IGBT和门极驱动器往往由机柜安装人员而非电子专业人员进展安装,所以绝不出奇非常多的失效是由人为操纵不当引起。要防止IGBT出现此类失效,主要在于严格遵循安装指南,并确保器件在规定的操纵条件下工作。 过流是另一个潜伏的失效原因。针对此问题有集成的解决方案可供使用,但也有简单、低本钱的解决方案,即在沟通输出端使用电流传感器进展测量来实现,而
3、大多数客户更愿意选择低本钱的方案。 其他的主要失效机制有短路、di/dt过高、dv/dt过高以及门极-发射极和集电极-发射极过压。行业所需要的就是针对这些失效机制的保护功能,当功率程度到达100 kW且系统本钱较为昂贵时尤为需要,因此PowerIntegrations等IGBT驱动器厂商已在其产品中集成了创新的可靠保护机制,可以解决这些问题,进而为IGBT模块提供强有力的保护。 短路 图1所示为IGBT在两种不同短路情况下的表现 -小电感情况1和大电感情况2。一种常用的检测短路进而在IGBT损坏之前将其关断的方法是,使用一个集成了退饱和保护功能的光耦IC。遗憾的是,这种方法有两个优势。第一,具
4、有退饱和保护功能的光耦IC还要求采用高压二极管,而这种二极管不仅本钱昂贵,而且损耗也高。第二,也许更重要的是,所需的退饱和监控电子元件通常对EMI或者Vce电压尖峰很敏感。这可以导致短路保护误动作,导致IGBT意外关断。图1 而Power Integrations的IGBT驱动器那么采用了不同的方法。他们选用ASIC芯片组以减少元件数目并缩小尺寸,同时进步性能、效率和可扩展性。该芯片组还具备先进的监控和控制功能。为解决短路测量问题,使用SCALE -2芯片组和电阻串来动态测量IGBT的VCE,请参见图2。这不仅意味着小的电压尖峰不会导致短路保护误触发,而且还拥有其他上风。电阻串方法比标准二极管
5、测量方法的本钱低,并且没有耦合电容,因此没有影响效率的多余电容,也不受dv/dt影响。更进一步的上风是,可以使用一个参考管脚轻松调整短路保护的灵敏度,进而适应特定的应用。 图2 高级/动态高级有源钳位 SCALE -2芯片组还用于实现复杂的有源钳位技术,以应对前面提到的其他IGBT失效形式 di/dt过高、dv/dt过高以及门极-发射极和集电极-发射极过压。 图3:带dv/dt反应的动态高级有源钳位 根本有源钳位图3中的方框AC在关断时可限制IGBT的VCE。IGBT会在其VCE超过预设的阈值时立即局部导通,然后维持在线性区内工作,因此可降低集电极电流的下降速率,进而限制集电极-发射极过压。在
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