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      6. IGBT工業電機驅動,過流與短路保護介紹
        • 發布時間:2024-12-24 18:58:29
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        IGBT工業電機驅動,過流與短路保護介紹
        IGBT過流 短路保護
        今天我們來介紹下新產品IGBT,又稱絕緣柵極雙極性晶體管。
        在實際電子應用中最常見的電子元器件是雙極結型晶體管 BJT 和 MOS管。
        而IGBT(絕緣柵極雙極性晶體管)你可以把 將它 看作 BJT 和 MOS 管的融合體,這是因為IGBT具有 BJT 的輸入特性和 MOS 管的輸出特性。
        與它們相比,IGBT具備更大的功率增益,更高的工作電壓、更高的短路電流電平、更小的芯片尺寸,以及更低的熱容量和短路耐受時間。
        針對IGBT的以上優勢,本期文章我們來討論工業電機驅動應用中IGBT實現短路保護的問題。
        首先來看IGBT的短路耐量
        一開始IGBT的人認為短路能力就是看短路耐量的長短。但其實在很多情況下,其短路耐量是無法表征實際的短路能力。事實上,短路耐量實際上是一種熱失效,并且是在芯片熱量分布相對比均勻的情況下的一種失效,并且它的短路耐受時間與其跨導或增益有關。
        一般情況下,更高的增益導致IGBT內的短路電流會更高,因此增益較低的IGBT具備較低的短路電平。然而,較高增益同樣會導致較低的通態導通損耗。
        這個時候就要進行權衡取舍了。
        隨著技術的發展,IGBT逐漸增加了短路電流電平,又降低短路耐受時間的優勢。這使得它的芯片尺寸更小,縮小了模塊的尺寸。
        IGBT過流保護
        對于IGBT而言,它并非屬于故障安全元件,因此在遇見故障時,它可能會直接導致直流總線電容爆炸,并使整個驅動出現故障。因此,對于過流保護,需要通過電流測量或飽檢測來實現。
        比如,在進行電流測量時,逆變器和相位輸出需要加入分流電阻等測量器件,以便應對直筒故障和電機繞組故障??刂破骰蛘呋驏艠O驅動器中的快速執行跳變電路必須及時關斷IGBT,防止超出短路耐受時間。
        IGBT過流 短路保護
        正常工作時,IGBT的集電極-發射極電壓非常低(典型值為1 V至4 V)。然而,如果發生短路事件,IGBT集電極電流上升到驅動IGBT退出飽和區并進入線性工作區的電平。這會導致集電極-發射極電壓快速升高。
        在上述中正常的電壓電平表示存在短路,通常在去飽和時,柵極-發射極電壓會存在過低,且IGBT沒能完全驅動值飽和區,這時就要仔細檢測以防誤觸發。通常還會加入電流源充電電容或RC濾波器,以便在檢測機制中產生短暫的時間常數。
        正常工作下,建議柵極驅動器設計為能夠盡可能快速地關閉IGBT,以便最大程度降低開關損耗。這可以通過較低的驅動器阻抗和柵極驅動電阻來實現。如若過流條件施加同樣的柵極關斷速率,則集電極-發射極的di/dt將會大很多,因為在較短的時間內電流變化會較大。
        因此,為降低di/dt以及其它潛在破壞性的過壓電平,在關斷IGBT時,提供阻抗較高的關斷路徑很重要。
        IGBT過流 短路保護
        那么,除了上述的檢測方法以外,在對IGBT的選型上也是十分重要的。在大部分的IGBY規格書,一般都會規定其短路電流指標,而我們要注意的有以下幾個參數:
        1. VCC電壓,即在短路測試中的Vce電壓,或者說是短路測試的母線電容電壓;
        2. Vge電壓,即驅動電壓;
        3. Rg驅動電阻
        4. 測試溫度,一般是25℃,也存在120℃或者150℃
        5. 部分規格書還有短路測試的最大重復次數。
        IGBT具有以下優點:
        1.具有更高的電壓和電流處理能力。
        2.具有非常高的輸入阻抗。
        3.可以使用非常低的電壓切換非常高的電流。
        4.電壓控制裝置,即它沒有輸入電流和低輸入損耗。
        5.柵極驅動電路簡單且便宜,降低了柵極驅動的要求
        6.通過施加正電壓可以很容易地打開它,通過施加零電壓或負電壓可以很容易地關閉它。
        7.具有低導通電阻,高電流密度,使其能夠具有更小的芯片尺寸。
        8.具有比 BJT 和 MOS 管更高的功率增益、更高的開關速度
        9.可以使用低控制電壓切換高電流電平。
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