過(guò)電流損壞
為了避免IGBT 發(fā)生擎住效應(yīng)而損壞,電路設(shè)計(jì)中應(yīng)保證IGBT 的最大工作電流應(yīng)不超過(guò)IGBT 的IDM 值,同時(shí)注意可適當(dāng)加大驅(qū)動(dòng)電阻 RG 的辦法延長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間,減小IGBT 的di/dt。驅(qū)動(dòng)電壓的大小也會(huì)影響IGBT 的擎住效應(yīng),驅(qū)動(dòng)電壓低,承受過(guò)電流時(shí)間長(zhǎng),IGBT 必須加負(fù)偏壓,IGBT 生產(chǎn)廠家一般推薦加-5V 左右的反偏電壓。在有負(fù)偏壓情況下,驅(qū)動(dòng)正電壓在10—15V 之間,漏極電流可在5~10μs 內(nèi)超過(guò)額定電流的4~10 倍,所以驅(qū)動(dòng)IGBT 必須設(shè)計(jì)負(fù)偏壓。由于UPS 負(fù)載沖擊特性各不相同,且供電的設(shè)備可能發(fā)生電源故障短路,所以在UPS 設(shè)計(jì)中采取限流措施進(jìn)行IGBT的電流限制也是必須的,可考慮采用IGBT 廠家提供的驅(qū)動(dòng)厚膜電路。如FUJI 公司的EXB841、EXB840,三菱公司的M57959AL,57962CL,它們對(duì)IGBT 的集電極電壓進(jìn)行檢測(cè),如果IGBT 發(fā)生過(guò)電流,內(nèi)部電路進(jìn)行關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。這種辦法有時(shí)還是不能保護(hù)IGBT,根據(jù)IR 公司的資料,IR 公司推薦的短路保護(hù)方法是:首先檢測(cè)通態(tài)壓降Vce,如果Vce 超過(guò)設(shè)定值,保護(hù)電路馬上將驅(qū)動(dòng)電壓降為 8V,于是IGBT 由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)入放大區(qū),通態(tài)電阻增大,短路電路減削,經(jīng)過(guò)4us 連續(xù)檢測(cè)通態(tài)壓降Vce,如果正常,將驅(qū)動(dòng)電壓恢復(fù)正常,如果未恢復(fù),將驅(qū)動(dòng)關(guān)閉,使集電極電流減為零,這樣實(shí)現(xiàn)短路電流軟關(guān)斷,可以避免快速關(guān)斷造成的過(guò)大di/dt 損壞IGBT,另外根據(jù)最新三菱公司IGBT 資料,三菱推出的F 系列IGBT 的均內(nèi)含過(guò)流限流電路(RTC circuit),如圖6,當(dāng)發(fā)生過(guò)電流,10us 內(nèi)將IGBT 的啟動(dòng)電壓減為 9V,配合M57160AL 驅(qū)動(dòng)厚膜電路可以快速軟關(guān)斷保護(hù)IGBT。
圖5:IGBT 等效電路圖
圖6 三菱F 系列IGBT 的RCT 電路
過(guò)電壓損壞
防止過(guò)電壓損壞方法有:優(yōu)化主電路的工藝結(jié)構(gòu),通過(guò)縮小大電流回路的路徑來(lái)減小線路寄生電感;適當(dāng)增加IGBT 驅(qū)動(dòng)電阻Rg 使開關(guān)速度減慢(但開關(guān)損耗也增加了);設(shè)計(jì)緩沖電路,對(duì)尖峰電壓進(jìn)行抑制。用于緩沖電路中的二極管必須是快恢復(fù)的二極管,電容必須是高頻、損耗小,頻率特性好的薄膜電容。這樣才能取得好的吸收效果。常見電路有耗能式和回饋式緩沖電路?;仞伿接钟袩o(wú)源式和有源式兩種,詳細(xì)電路設(shè)計(jì)可參見所選用器件的技術(shù)手冊(cè)。在UPS 中,逆變橋同臂支路兩個(gè)驅(qū)動(dòng)必須是互鎖的,而且應(yīng)該設(shè)置死區(qū)時(shí)間(即共同不導(dǎo)通時(shí)間)。如果發(fā)生共導(dǎo),IGBT 會(huì)迅速損壞。在控制電路應(yīng)該考慮到各種運(yùn)行狀況下的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題控制時(shí)序問(wèn)題??赏ㄟ^(guò)降額使用,加大散熱器,涂敷導(dǎo)熱膠,強(qiáng)制風(fēng)扇制冷,設(shè)置過(guò)溫度保護(hù)等
IGBT欠壓鎖定保護(hù)(UVLO)功能
在剛剛上電的過(guò)程中,芯片供電電壓由0V逐漸上升到最大值。如果此時(shí)芯片有輸出會(huì)造成IGBT門極電壓過(guò)低,那么它會(huì)工作在線性放大區(qū)。 HCPL316J芯片的欠壓鎖定保護(hù)的功能(UVLO)可以解決此問(wèn)題。當(dāng)VCC與VE之間的電壓值小于12V時(shí),輸出低電平,以防止IGBT工作在線性工作區(qū)造成發(fā)熱過(guò)多進(jìn)而燒毀。示意圖詳見圖1中含UVLO部分。
圖1 HCPL-316J內(nèi)部原理圖
IGBT過(guò)流保護(hù)功能
HCPL-316J具有對(duì)IGBT的過(guò)流保護(hù)功能,它通過(guò)檢測(cè)IGBT的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。同樣從圖上可以看出,在其內(nèi)部有固定的7V電平,在檢測(cè)電路工作時(shí),它將檢測(cè)到的IGBT C~E極兩端的壓降與內(nèi)置的7V電平比較,當(dāng)超過(guò)7V時(shí),HCPL-316J芯片輸出低電平關(guān)斷IGBT,同時(shí),一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)信號(hào)通過(guò)片內(nèi)光耦反饋給輸入側(cè),以便于采取相應(yīng)的解決措施。在IGBT關(guān)斷時(shí),其C~E極兩端的電壓必定是超過(guò)7V的,但此時(shí),過(guò)流檢測(cè)電路失效,HCPL-316J芯片不會(huì)報(bào)故障信號(hào)。實(shí)際上,由于二極管的管壓降,在IGBT的C~E 極間電壓不到7V時(shí)芯片就采取保護(hù)動(dòng)作。
評(píng)論
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