IGBT過(guò)流保護技術(shù)示例介紹
檢測到IGBT過(guò)流后，進(jìn)一步的挑戰便是關(guān)閉處于不正常高電流電平狀態(tài)的IGBT。正常工作條件下，柵極驅動(dòng)器設計為能夠盡可能快速地關(guān)閉IGBT，以便最大程度降低開(kāi)關(guān)損耗。這是通過(guò)較低的驅動(dòng)器阻抗和柵極驅動(dòng)電阻來(lái)實(shí)現的。如果針對過(guò)流條件施加同樣的柵極關(guān)斷速率，則集電極-發(fā)射極的di/dt將會(huì )大很多，因為在較短的時(shí)間內電流變化較大。由于線(xiàn)焊和PCB走線(xiàn)雜散電感導致的集電極-發(fā)射極電路寄生電感可能會(huì )使較大的過(guò)壓電平瞬間到達IGBT(因為VLSTRAY = LSTRAY × di/dt)。因此，在去飽和事件發(fā)生期間，關(guān)斷IGBT時(shí)，提供阻抗較高的關(guān)斷路徑很重要，這樣可以降低di/dt以及一切具有潛在破壞性的過(guò)壓電平。
除了系統故障導致的短路，瞬時(shí)逆變器直通同樣會(huì )發(fā)生在正常工作條件下。此時(shí)，IGBT導通要求IGBT驅動(dòng)至飽和區域，在該區域中導通損耗最低。這通常意味著(zhù)導通狀態(tài)時(shí)的柵極-發(fā)射極電壓大于12 V。IGBT關(guān)斷要求IGBT驅動(dòng)至工作截止區域，以便在高端IGBT導通時(shí)成功阻隔兩端的反向高電壓。原則上講，可以通過(guò)使IGBT柵極-發(fā)射極電壓下降至0 V實(shí)現該目標。但是，必須考慮逆變器臂上低端晶體管導通時(shí)的副作用。
導通時(shí)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓的快速變化導致容性感應電流流過(guò)低端IGBT寄生密勒柵極-集電極電容(圖3中的CGC)。該電流流過(guò)低端柵極驅動(dòng)器(圖3中的ZDRIVER)關(guān)斷阻抗，在低端IGBT柵極發(fā)射極端創(chuàng )造出一個(gè)瞬變電壓增加，如圖所示。如果該電壓上升至IGBT閾值電壓VTH以上，則會(huì )導致低端IGBT的短暫導通，從而形成瞬態(tài)逆變器臂直通——因為兩個(gè)IGBT都短暫導通。這一般不會(huì )破壞IGBT，但卻能增加功耗，影響可靠性。
圖3 密勒感應逆變器直通
一般而言，有兩種方法可以解決逆變器IGBT的感應導通問(wèn)題——使用雙極性電源或額外的米勒箝位。在柵極驅動(dòng)器隔離端接受雙極性電源的能力為感應電壓瞬變提供了額外的裕量。例如，–7.5 V負電源軌表示需要大于8.5 V的感應電壓瞬變才能感應雜散導通。這足以防止雜散導通。另一種方法是在完成關(guān)斷轉換后的一段時(shí)間內降低柵極驅動(dòng)器電路的關(guān)斷阻抗。這稱(chēng)為米勒箝位電路。容性電流現在流經(jīng)較低阻抗的電路，隨后降低電壓瞬變的幅度。針對導通與關(guān)斷采用非對稱(chēng)柵極電阻，便可為開(kāi)關(guān)速率控制提供額外的靈活性。所有這些柵極驅動(dòng)器功能都對整個(gè)系統的可靠性與效率有正面影響。
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