igbt模塊保護線路設計中的必備難題

2021-03-29

igbt模塊又稱絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)構成的復合全控型電壓驅動式功率半導體元器件,具備MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩層面的特點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開關速度快,但導通壓降大,載流密度小。igbt模塊綜合了上述2種元件的特點,驅動功率小而飽和壓降低。特別適合用于直流電壓為600V及上述的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明線路、牽引傳動等領域。IGBT模塊因為具備多種優良的特性,使它取得了飛速的發展和普及,已應用到電氣行業的各方各面。所以熟悉IGBT模塊特性,掌握選取及使用時的注意事項對具體中的使用是極為重要的。

前文用調整二極管的數量來調整過流保護動作點的方式,雖說簡易實用,但精確度不高。這主要是因為每一個二極管的通態壓降為固定數值,導致驅動模塊與IGBT集電極c中間的電壓不能連續可調。在實際工作中,改進方式有兩種:

(1)調整二極管的型號與數量相結合。比如,IGBT的通態飽和壓降為2.65V,驅動模塊過流保護臨界動作電壓數值為7.84V時,那整個二極管上的通態壓降之和應是7.84-2.65=5.19V,這時使用7個硅二極管與1個鍺二極管串連,其通態壓降之和為0.7×7+0.3×1=5.20V(硅管視為0.7V,鍺管視為0.3V),則能不錯地達到搭配(2)二極管與電阻相結合。因為二極管通態壓降的差異性,上面改進方式難以精準設定IGBT過流保護的臨界動作電壓值若用電阻替代1~2個二極管,如圖2(b),則可做到精準配合。

圖2

此外,因為同一橋臂上的2個IGBT的操控信號重疊或開關器件自身延遲過長等因素,使上下2個IGBT直通,橋臂短路,這時電流量的上升率和浪涌沖擊電流量都很大,很容易毀壞IGBT因此,還可以設定橋臂互鎖保護,如圖3所顯示。圖上用2個與門對相同橋臂上的2個igbt模塊的驅動信號實現互鎖,使每一個igbt模塊的工作狀態都互為另1個igbt模塊驅動信號能否通過的限制條件,僅有在一個igbt模塊被確定關斷后,另1個igbt模塊才可以導通,如此嚴謹避免 了臂橋短路導致過流情況的發生。
圖3

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