IGBT的保護設計

圖中：v_CE為IGBT集電極－發射極間的電壓波形；

i_c為IGBT的集電極電流；

U_d為輸入IGBT的直流電壓；

V_CESP=U_d＋Ldi_c/dt,為浪涌電壓峰值。

如果V_CESP超出IGBT的集電極－發射極間耐壓值V_CES，就可能損壞IGBT。解決的辦法主要有：

——在選取IGBT時考慮設計裕量；

——在電路設計時調整IGBT驅動電路的R_g，使di/dt盡可能小；

——盡量將電解電容靠近IGBT安裝，以減小分布電感；

——根據情況加裝緩沖保護電路，旁路高頻浪涌電壓。

由于緩沖保護電路對IGBT的安全工作起著很重要的作用，在此將緩沖保護電路的類型和特點作一介紹。

——C緩沖電路 如圖4(a)所示，采用薄膜電容，靠近IGBT安裝，其特點是電路簡單，其缺點是由分布電感及緩沖電容構成LC諧振電路，易產生電壓振蕩，而且IGBT開通時集電極電流較大。

——RC緩沖電路 如圖4(b)所示，其特點是適合于斬波電路，但在使用大容量IGBT時，必須使緩沖電阻值增大，否則，開通時集電極電流過大，使IGBT功能受到一定限制。

——RCD緩沖電路 如圖4(c)所示，與RC緩沖電路相比其特點是，增加了緩沖二極管從而使緩沖電阻增大，避開了開通時IGBT功能受阻的問題。

（a）C緩沖電路 （b）RC緩沖電路

（c）RCD緩沖電路 （d）放電阻止型緩沖電路

圖4 緩沖保護電路

該緩沖電路中緩沖電阻產生的損耗為

P=LI²f＋CU_d²f

式中：L為主電路中的分布電感；

I為IGBT關斷時的集電極電流；

f為IGBT的開關頻率；

C為緩沖電容；

U_d為直流電壓值。

——放電阻止型緩沖電路如圖4(d)所示，與RCD緩沖電路相比其特點是，產生的損耗小，適合于高頻開關。

在該緩沖電路中緩沖電阻上產生的損耗為

P=LI²f

根據實際情況選取適當的緩沖保護電路，抑制關斷浪涌電壓。在進行裝配時，要盡量降低主電路和緩沖電路的分布電感，接線越短越粗越好。

2．3 集電極電流過流保護

對IGBT的過流保護，主要有3種方法。