IGBT保護的問題

現在只總結IGBT驅動電路和驅動芯片能保護到的IGBT的項。

1.Vce過壓

2.Vge過壓

3.短路保護

4.過高的di/dt

主要是看一下短路保護和過流保護

短路的定義

1.橋臂內短路（直通）命名為一類短路；

2.橋臂間短路（大電感短路）命名為二類短路，可以使用霍爾檢測，格局電流變化率來判定。

IGBT發生短路時，描述短路電流的數學表達式如下這是個線性方程，它表示，在短路發生時，電流的絕對值與電壓，回路中的電感量，及整個過程持續的時間有關系。

絕大部分的短路，母線電壓都是在額定點的，影響短路電流的主要因素是“短路回路中的電感量”。因此對短路行為進行分類定義時，短路回路中的電感量是主要的分類依據。

如果短路回路中的電感量在繼續增大，那么電流變化率就變得更低，此時就不是短路了，變成“過流”了。這時候需要電流傳感器或者特定的電路來感知電流的絕對數值，從而進行“過流保護”。通常驅動芯片只能進行短路保護，不能進行過流保護。短路保護和過流保護是兩個不一樣的概念。

短路保護原理：

短路保護，desat保護又叫退飽和保護。

1.如下圖是一款驅動芯片內部的原理框圖

其原理是：（1）當IGBT關斷時，T1導通，電流源1被T1旁路，Ca的點位被鉗位到低位，比較器不翻轉；

（2）當IGBT進入開通過程中，T1截止，IGBT進入飽和導通，電流源1流過Rm，Dm及IGBT形成回路，比較器不翻轉；

（3）當IGBT出現短路時，會退出飽和區，Vce快速上升直至母線電壓，Dm馬上截止，電流源1則向 Ca充電，Ca的點位線性上升，達到門檻時比較器翻轉。

短路保護其實是驅動芯片監測的 Vce之間的壓降。可以參考數據手冊得知desat設定的閾值,Vce達到這個閾值就開始進行短路保護動作。

IGBT發生短路時，電流上升至4倍額定電流以上，最終IGBT是要將這個電流關斷掉的，這時的電流數值比平常工作的電流高了許多，所以此時的電壓尖峰也是非常高的。所以為了防止高的電壓尖峰損壞IGBT，還需要引入有源鉗位電路吸收掉此時的高電壓尖峰。

過流保護：

IGBT過流是回路電感較大，電流爬升緩慢（相較于短路），IGBT不會發生退飽和現象，所以需要靠電流傳感器來感知電流的數值，對系統進行保護。

除了通過電流傳感器來采集電流之外，和可以在驅動電路中引入過流檢測電路。Di/dt檢測，Vce飽和壓降檢測都可以檢測過流。

電流傳感器檢測主要采用閉環霍爾電流傳感器進行采樣，受限于霍爾傳感器的頻帶寬度及控制采樣電路的延遲，實時性可能還有待提高；di/dt檢測主要是依據IGBT的功率E級和驅動E級之間的寄生電感來判斷電流的大小，而此電感參數并不容易測量；Vce飽和壓降檢測可采用IGBT驅動芯片的去飽和Desat檢測功能。

原理圖如下圖：

D5為 低 溫 漂 型 電 壓 比 較 器LM2903。通過調整 Ｒ1、Ｒ2的阻值可在 D5的 2 腳端得到

需要的閾值電壓 Vth。IGBT 正常工作時，D5的 3 腳端電壓低于 Vth，比較器輸出為低電平，由于比較器輸出為三極管 OC 門輸出，DESAT 端電壓箝位在約 0 V 的低電平，無過流故障發生; 當 IGBT 的 VCE因過流上升，D5的 3 腳電壓高于 Vth時，比較器翻轉輸出高電平，OC 門關斷，DESAT 端電壓上升到 + 15 V，超過芯片內部的 6. 5 V 比較門限，過流故障發生。

采用電壓基準源 TL431 和電壓比較器 LM2903 的過流保護電路可根據 IGBT 的不同調整 Ｒ1、Ｒ2的阻值，生產調試較為方便。

編輯：黃飛

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