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二代大功率IGBT短路保护和有源钳位电路设计

作者:时间:2013-05-18来源:网络收藏

摘要:通过分析IGBT的器件特性和短路特性,以瑞士CONCEPT公司最新推出的作为核心部件,设计了大功率IGBT的电路。
关键词:

0 引言
耐压高、电流大、饱和压降低、工作频率高,是大功率逆变器、电源等电力电子装置的首选功率器件。但IGBT抗过载能力不高,设计发挥IGBT性能、高可靠性的IGBT驱动电路,是设计者必须考虑的问题。本文从应用角度,分析了IGBT的特性和短路特性,以瑞士CONCEPT公司最新推出的为核心部件,设计了大功率IGBT的电路,试验验证该驱动器具有良好的驱动及保护能力。

1 IGBT的特性分析
1.1 IGBT损坏原因分析
在使用过程中损坏的主要原因有:VCE过压、VCE过压、过高的dv/dt、过高的静电(ESD)、过流、短路、过高的di/dt、过高的结温等,IGBT驱动电路能保护的项目有:VCE过压、VCE过压、过高的dv/dt、短路、过高的di/dt。
1.2 IGBT的外特性
图1是IGBT的外特性图,通常IGBT的datasheet中只给出额定电流的2倍曲线的外特性(左下角),电流再大的部分属于定性不定量的示意图。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/175794.htm


它表示,在短路发生时,电流的绝对值与电压、回路中的电感量及整个过程持续的时间有关系。绝大部分的短路,母线电压都是在额定点的,影响短路电流的因素主要是“短路回路中的电感量”。因此依据短路回路中的电感量,可将短路分为一类短路和二类短路。
发生一类短路时,回路中的电感量很小(100nH级),见图2。IGBT的电流会快速上升,当电流上升到4倍额定电流,IGBT发生退饱和现象,IGBT的电压会迅速上升至直流母线电压,芯片的损耗非常大。驱动器需在10us内把IGBT关断,称短路保护。

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发生二类短路时,由于回路的电感量稍大(uH级),电流爬升的速度慢(相比一类),IGBT的Vcesat下降至饱和压降,随着电流进一步加大,饱和压降轻微上升,之后存在两种情况:
●电流能到达“退饱和点”时,Vcesat迅速上升至直流母线电压,10μs内驱动器关断IGBT,IGBT得到保护;
●当电流爬升慢,IGBT不发生退饱和现象,IGBT处于过流状态。如果不及时关断,由于电流比正常值高很多,经过若干开关周期后,IGB T损耗会比较高,结温会迅速上升,从而导致IGBT失效。此时需检测IGBT电流变化率,对IGBT进行及时关断,称过流保护。
根据IGBT特性,IGBT电流变化率可通过Vcesat检测,但由于Vcesat在饱和区内变化微弱,容易导致驱动器误保护,所以,现在IGBT驱动保护电路只进行短路保护,过流保护由霍尔电流传感器完成。


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