如何保護電機驅動器和可再生能源系統中的IGBT

　　UVLO欠壓鎖定

　　ACPL-332J柵極驅動光電耦合器提供有欠壓鎖定(UVLO, Under Voltage Lock-Out)功能，透過強迫器件在啟動時為低電壓輸出以避免不足的柵極電壓。IGBT通常需要大約15V的柵極電壓以達到規格要求的VCE(SAT)飽和電壓，如果電壓低于12V，IGBT可能會在線性區工作，使得VCE(SAT)飽和電壓會在較大電流時大幅度提高，造成溫度過高問題，在這種情況下，光電耦合器的UVLO欠壓鎖定功能就可以避免輸出在柵極驅動器電源電壓不足時導通IGBT。　　

圖2：典型的IGBT工作區。

　　[圖說]
　　Collector Current IC(A) = 集電極電流IC (A)
　　Saturation Region = 飽和區
　　Linear region = 線性區
　　Collector-Emitter Voltage VCE (V) = 集射極電壓VCE (V)

　　去飽合檢測和IGBT軟關斷

　　錯誤檢測功能監測IGBT的 VCE(SAT) 電壓，并于集電極電壓進入去飽和區并超出預先設定的閥值時觸發本地的錯誤保護關機程序，去飽和可以由接線錯誤引起的相位或軌電源短路、計算錯誤造成控制信號失效以及因負載引發的過載情況，或是柵極驅動電路中的零組件問題造成，在去飽和情況下，IGBT的電流和功耗會大幅度增加，造成IGBT過熱，進而可能引發災難性的故障。　　

圖3：具備去飽和檢測和有源米勒箝位功能的ACPL-332J。

　　IGBT的集射極電壓 VCE由器件的DESAT引腳 (pin 14) 監測，當發生短路且VCE電壓超過內部設定的去飽和錯誤檢測閥值電壓(7V)時，器件會啟動受到控制的軟關斷動作以避免過大的電流變化(di/dt)造成電壓短時脈沖，在此同時，內部的隔離反饋通道會拉低FAULT引腳 (pin 3) 輸出告知微控制器發生錯誤情況。

　　米勒箝位

　　IGBT工作時一個常見的問題是米勒電容所引起的寄生導通問題，在關斷時IGBT上如果發生電壓變化(dVCE/dt)，S2將會形成因本身寄生米勒電容 CCG 所引發的電流，這個電流流過柵極電阻RG 和內部電阻RDRIVER，造成IGBT柵極到射極上的壓降，如果這個電壓超過IGBT的柵極閥值電壓，那么就可能造成S2的寄生導通，引起電流擊穿問題。　　

4：(a)IGBT因米勒電容造成的寄生導通，(b)有源米勒箝位可以對寄生米勒電流進行分流。

　　[圖說]
　　DRIVER = 驅動器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Gate Voltage Spike! = 柵極電壓短時脈沖!
　　High dV/dt = 高dV/dt電壓變化
　　Shoot Through! = 擊穿!
　　DRIVER = 驅動器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Low resistant path to shunt the parasitic Miller current = 對寄生米勒電流進行分流的低阻值路徑
　　High dV/dt = 高dv/dt電壓變化