IGBT及驱动电路的保护

1、IGBT的过电压保护

IGBT集-射极之间的瞬时过压会对IGBT造成损坏，笔者采用箝位式吸收电路对瞬时过电压进行抑制。当IGBT导通时，由于二极管的作用，电容器的电荷不会被放掉，电容器电压仍为电源电压。IGBT关断时，负载电流仍流过IGBT，直到IGBT集-射极之间电压达到电源电压，续流二极管导通。应用该电路，可以使杂散电感中的能量通过二极管转储到吸收电容器中，而IGBT的集电极电位被箝位在电容电压上，这样就可以抑制IGBT集电极的尖峰电压。吸收电容器的容值可以按公式（2）选取：

式中，L是引线电感;i是IGBT关断时的电流;△U是吸收电容器上的电压过冲。

当吸收回路中的电容器电压高于直流侧电容器上的电压时，通过电阻器向直流侧电容器回送能量，一直到与直流侧电容器的电压相等。当IGBT关断时，线路电感在集电极和发射极二端产生很高的尖峰电压，加上箝位式吸收电路以后，UCE被箝位在电容器电压上，当UCE高于电容器电压时，线路电感的能量被转移到吸收电容器上，当尖峰电压过去以后，吸收电容高于主电容的那部分电压会由于能量回进而达到与主电容相等。这样就抑制了集-射极间的尖峰电压。吸收电容越大，吸收效果越好。由于吸收电容器上过冲的能量大部分被送回到直流侧电容，所以减小了电阻器的功耗。

2、消除IGBT集-栅极之间的du/dt

图5所示为EXB841与IGBT栅-射极之间的连接电路原理图。当驱动电路中的V4导通时，IGBT处于正常导通状态，当V5导通时，IGBT栅-射极之间通过稳压管VZ2提供一个-5V电压加在其两端，使IGBT关断，此时V5处于临界导通状态，稳压管VZ2处于反向偏置状态。但由于集-栅极之间分布电容的影响，集-栅极之间的du/dt增大时，其通过分布电容形成的电流经过，所以，要克服集-栅极之间的du/dt，确保稳压管不过压，避免IGBT误导通。克服du/dt的方法有二种：一是驱动电路输出与IGBT栅-射极之间的连线采用双绞屏蔽电缆，屏蔽层接地，二是采用快速吸收电路吸收过电压。

3、EXB841的过流保护功能扩展

EXB841自身具有过流保护功能，其保护原理是利用IGBT的集电极通态饱和压降与集电极电流呈近似线性关系。当IGBT工作在正常状态时，EXB841的6脚电位箝制在8V，内部保护不动作，当IGBT因承受过流而退出饱和状态时，IGBT集-射极间的电压上升很多，与EXB84l的6引脚相连的快速二极管截止，EXB841的6引脚被悬空，内部保护动作，输出驱动电压慢慢下降，实现IGBT的软关断。

在实际应用中，仅靠EXB841的6引脚检测IG-BT集电极电压来实现过流保护并不足以有效地保护IGBT，因此有必要在主电路中加接霍尔电流传感器来检测电路中的过流，如图6所示。过流发生后，检测电路检测到电流，延时8μs后信号还存在的话。封锁驱动信号以关断IGBT。在图中，霍尔电流传感器如果在主电路中检测到过流信号，其中的PNP三极管将导通，同时，NPN三极管被截止，EXB841的6脚被悬空;当没有过流信号时，PNP三极管不导通，NPN三极管导通，此时电路等效于扩展前的电路。