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IGBT絕緣柵雙極型晶體管是一種典型的雙極MOS複合型功率器件。它結合功率MOSFET的工藝技術，將功率MOSFET和功率管GTR集成在同一個芯片中。該器件具有開關頻率高、輸入阻抗較大
、熱穩定性好、驅動電路簡單、低飽和電壓及大電流等特性，被作為功率器件廣泛應用於工業控製
、電力電子係統等領域(例如：伺服電機的調速
、變頻電源)。為使我們設計的係統能夠更安全
、更可靠的工作，對IGBT的保護顯得尤為重要。

目前，在使用和設計IGBT的過程中，基本上都是采用粗放式的設計模式——所需餘量較大，係統龐大，但仍無法抵抗來自外界的幹擾和自身係統引起的各種失效問題。本文將突破傳統的保護方式，探討IGBT係統電路保護設計的解決方案。

IGBT失效場合：來自係統內部，如電力係統分布的雜散電感、電機感應電動勢、負載突變都會引起過電壓和過電流；來自係統外部，如電網波動、電力線感應、浪湧等。歸根結底，IGBT失效主要是由集電極和發射極的過壓/過流和柵極的過壓/過流引起。

IGBT失效機理：IGBT由於上述原因發生短路
，將產生很大的瞬態電流——在關斷時電流變化率di/dt過大。漏感及引線電感的存在，將導致IGBT集電極過電壓，而在器件內部產生擎住效應，使IGBT鎖定失效。同時，較高的過電壓會使IGBT擊穿。IGBT由於上述原因進入放大區, 使管子開關損耗增大。

IGBT傳統防失效機理：盡量減少主電路的布線電感量和電容量
，以此來減小關斷過電壓；在集電極和發射極之間，放置續流二極管，並接RC電路和RCD電路等；在柵極，根據電路容量合理選擇串接阻抗，並接穩壓二極管防止柵極過電壓。

IGBT失效防護

1. 集電極過電壓
、過電流防護，以IGBT變頻調速電源主電路為例(圖1)。


在集電極和發射極之間並接RC濾波電路，可有效地抑製關斷過電壓和開關損耗。但在實際應用中，由於DC電源前端的浪湧突波會使集電極過電壓

，並使RC濾波電路部分的抑製效果生效，IGBT通常都會被擊穿或者短路。另外
，在電機起動時，由於起動時的大電流，在主線路中分布的電感亦會造成較大程度的感應過電壓，使IGBT損壞。同時，電機勵磁造成的感應電動勢，對電路的破壞也相當地大——工程師們經常沒有考慮到這一點。

針對上述情況，浪湧突波部分可以用防雷電路進行防護(圖2)。瞬雷電子的藍寶寶浪湧抑製器(BPSS)，在雷擊方麵既具有極大的過電流能力,又具有極低的殘壓。同時，針對電機部分，參照ISO7637的相關標準，該產品完全可以使用。而使用其他器件則不能同時達到上述兩種情況。具體問題有：壓敏電阻在ISO7637的長波(P5A)中容易失效
，並且不宜長期使用
；陶瓷放電管不能直接用於有源電路中

，常因續流問題導致電路短路，並且抑製電壓過高。

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2.IGBT柵極過電壓、過電流防護

傳統保護模式：防護方案防止柵極電荷積累及柵源電壓出現尖峰損壞IGBT——可在G極和E極之間設置一些保護元件，如下圖的電阻RGE的作用，是使柵極積累電荷泄放(其阻值可取5kΩ)；兩個反向串聯的穩壓二極管V1和V2，是為了防止柵源電壓尖峰損壞IGBT。另外，還有實現控製電路部分與被驅動的IGBT之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)設(she)計(ji)，以(yi)及(ji)設(she)計(ji)適(shi)合(he)柵(zha)極(ji)的(de)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)電(dian)路(lu)等(deng)。然(ran)而(er)即(ji)使(shi)這(zhe)樣(yang)
，在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)的(de)工(gong)業(ye)環(huan)境(jing)中(zhong)
，以(yi)上(shang)方(fang)案(an)仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)產(chan)品(pin)失(shi)效(xiao)率(lv)——有時甚至會超出5%。相關的實驗數據和研究表明：這和瞬態浪湧、靜電及高頻電子幹擾有著緊密的關係，而穩壓管在此的響應時間和耐電流能力遠遠不足
，從而導致IGBT過熱而損壞。

新型保護模式：將傳統的穩壓管改為新型的瞬態抑製二極管(TVS)。一般柵極驅動電壓約為15V

，可以選型SMBJ15CA。該產品可以通過IEC61000-4-5浪湧測試10/700US 6kV。

TVS反應速度極快(達PS級)，通流能力遠超穩壓二極管(可達上千安培)，同時
，TVS對靜電具有非常好的抑製效果。該產品可以通過 IEC61000-4-2接觸放電8kV和空氣放電15kV的放電測試。

將傳統電阻RG變更為正溫度係數(PPTC)保險絲。它既具有電阻的效果，又對溫度比較敏感。當內部電流增加時，其阻抗也在增加，從而對過流具有非常好的抑製效果。