1、本文格式為Word版，下載可任意編輯如何預防IGBT模塊損壞 IGBT用于開關很多產品中的電源，這些產品包括變頻驅動器(VFD)、伺服驅動器、電動汽車、巴士和卡車、火車、醫療設備（X光和MRI）、空調甚至一些專業音頻系統等。這些產品都屬于“大功率”應用，它們很簡單被視為電氣產品而非電子產品，因此人們會認為它們并不簡單受損。然而，有許多不同的失效機制會導致IGBT損壞，除非在設計過程中非常專心，確保器件的正確操作。 與全部器件一樣，運行環境（溫度、熱沖擊、熱和功率循環以及振動）可造成IGBT失效。ESD（靜電放電）也是一個失效因素。由于IGBT和門極驅動器往往由機柜安裝人員而非電子專業人員進行安

2、裝，所以毫不特別特別多的失效是由人為操作不當引起。要防止IGBT消失此類失效，主要在于嚴格遵循安裝指南，并確保器件在規定的操作條件下工作。 過流是另一個潛在的失效緣由。針對此問題有集成的解決方案可供使用，但也有簡潔、低成本的解決方案，即在溝通輸出端使用電流傳感器進行測量來實現，而大多數客戶更情愿選擇低成本的方案。 其他的主要失效機制有短路、di/dt過高、dv/dt過高以及門極-放射極和集電極-放射極過壓。行業所需要的就是針對這些失效機制的愛護功能，當功率水平達到100 kW且系統成本較為昂貴時尤為需要，因此Power Integrations等IGBT驅動器廠商已在其產品中集成了創新的牢靠愛

3、護機制，能夠解決這些問題，從而為IGBT模塊供應強有力的愛護。 短路 一種常用的檢測短路從而在IGBT損壞之前將其關斷的方法是，使用一個集成了退飽和愛護功能的光耦IC。圓滿的是，這種方法有兩個劣勢。第一，具有退飽和愛護功能的光耦IC還要求采納高壓二極管，而這種二極管不僅成本昂貴，而且損耗也高。其次，或許更重要的是，所需的退飽和監控電子元件通常對EMI或Vce電壓尖峰很敏感。這可以導致短路愛護誤動作，導致IGBT意外關斷。 而Power Integrations的IGBT驅動器則采納了不同的方法。他們選用ASIC芯片組以削減元件數量并縮小尺寸，同時提高性能、效率和可擴展性。該芯片組還具備先進的監

4、控和掌握功能。為解決短路測量問題，使用SCALE?-2芯片組和電阻串來動態測量IGBT的VCE，請參見圖2。這不僅意味著小的電壓尖峰不會導致短路愛護誤觸發，而且還擁有其他優勢。電阻串方法比標準二極管測量方法的成本低，并且沒有耦合電容，因此沒有影響效率的多余電容，也不受dv/dt影響。更進一步的優勢是，可以使用一個參考管腳輕松調整短路愛護的靈敏度，從而適應特定的應用。 高級/動態高級有源鉗位 SCALE?-2芯片組還用于實現簡單的有源鉗位技術，以應對前面提到的其他IGBT失效模式di/dt過高、dv/dt過高以及門極-放射極和集電極-放射極過壓。 基本有源鉗位（圖3中的方框AC）在關斷時可限制I

5、GBT的VCE。IGBT會在其VCE超過預設的閾值時馬上部分導通，然后維持在線性區內工作，因此可降低集電極電流的下降速率，進而限制集電極-放射極過壓。在SCALE?-2技術中，高級有源鉗位(AAC)反饋（圖3中的方框AC和AAC）是由驅動器的副方ASIC實現的。只要電阻R2右側的電位因有源鉗位動作而上升，與GL相連的驅動器的推動級的關斷MOSFET就會被逐步關斷。這樣會削減從IGBT門極流出并流入COM的電荷，該電荷流經關斷門極電阻Rg,off。這不僅能減小IGBT關斷時集電極-放射極過壓，還可降低 TVS損耗，從而提高效率。 SCALE-2驅動器中還實現了dv/dt反饋功能（圖3中的 dv/

6、dt feedback）。其作用是，在正常開關工作中實現特別有效的關斷過壓限制，而不會造成TVS熱過載。在集電極-放射極電壓上升時，由產生的電流會流入與TVS并聯的dv/dt反饋電容。該電流將進一步為高級有源鉗位供應支持，由于它流入同一個驅動器端子，但會早于高級有源鉗位的TVS動作。通過采納這種額外的驅動方法，VCE電壓的鉗位變得更有效，TVS損耗更低。假如設置正確，IGBT可以在此操作模式下連續工作。因此，可以在更大的直流母線雜散電感下開關IGBT模塊，而不會超出IGBT的反向偏置平安工作區(RBSOA)。并且，不需要使用汲取電容。 Power Integrations已將鉗位技術提升到了新

7、的水平：動態高級有源鉗位(DA2C)增加了額外的TVS二極管（圖3中的方框DA2C），與高級有源鉗位中使用的TVS串聯。從IGBT導通開頭，到IGBT發出關斷指令后的大約15-20us內，幫助IGBT Q0都處于打開狀態，將這個額外的TVS短接，以降低有源鉗位的門檻值，確保獲得高效的有源鉗位（在IGBT關斷過程中額外的TVS不工作）。在經過該15-20us的延遲時間后，幫助IGBT Q0關斷，這個加裝的TVS被激活，驅動器的有源鉗位的門檻值被提高，這樣可以允許直流母線電壓在IGBT關斷期間上升到更高的值。這意味著，緊急停機后變換器系統的輸出電感會消磁，但無需擔憂不行避開的直流母線電壓短時上升所

8、造成的影響。 軟關斷 AAC和DA2C都適合具有高換流雜散電感的應用，這些應用要求掌握IGBT關斷時的di/dt，確保IGBT能夠在反向偏置平安工作區(RBSOA)內工作。但對于有些應用，例如具有低換流雜散電感和IGBT關斷過沖處于RBSOA內的應用，更為簡潔的選項是軟關斷(SSD)，由于它具有不需要TVS二極管執行有源鉗位的優勢。軟關斷(SSD)會在檢測到短路后激活。它愛護半導體免遭損壞的實現方式是，通過限制短路持續時間和電流斜率，從而使瞬時VCE始終低于VCES（半導體的阻斷電壓力量）。 VCE退飽和在P1時間（綠線）內可見，由于采納軌到軌輸出技術，VGE（門極-放射極電壓，粉色線）始終特別穩定。經過P1（約5 s）后，VGE在特定時間(tFSSD)內被限定到較低值。在tFSSD期間，IC（短路電流）被限制，最初會消失較小的VCE過壓。在P3期間，半導體的門極進一步放電。在放電過程即將完成時，門極會連接到COM，VGE快速下降到關斷負電壓，剩余的門極電荷被移除，短路電流被切斷，然后再次消失較小的VCE過壓。整個短路檢測和平安關斷時間不到10 s。Power Integrations通過新版SCALE-2技術SCALE-2+做到了這一點，該技術可實現AAC/DA2C或SSD功能。 集成 Power Integrations的SCALE?-2芯片