這幾天專門給逆變器的後級
，也就是大家熟悉的H橋電路換上了IGBT管子。IGBT單管相當的脆弱，同樣電流容量的IGBT單管
，比同樣電流容量的MOSFET脆弱多了
，也就是說，在逆變H橋裏頭，MOSFET上去沒有問題
，但是IGBT上去
，可能開機帶載就炸了。這一點很多人估計都深有體會。

曾經我非常天真的認為，一個IRFP460,20A/500V的MOSFET，用個SGH40N60UFD  40A/600V的IGBT上去怎麼樣也不會炸的吧
，實際情況卻是：帶載之後，突然加負載和撤銷負載，幾次下來就炸了。我以為是電路沒有焊接好，然後同樣的換上去，照樣炸掉，這樣白白浪費了好多IGBT。

後來發現一些規律，就是采用峰值電流保護的措施就能讓IGBT不會炸。我們將這個問題看出幾個部分來解決：（1）驅動電路；（2）電流采集電路
；（3）保護機製。

一
、驅動電路

這次采用的IGBT為IXYS的，IXGH48N60B3D1，詳細規格書如下：IXGH48N60B3D1

驅動電路如下：


這是一個非常典型的應用電路，完全可以用於IGBT或者MOSFET，但是也有些不一樣的地方。

• 有負壓產生電路，
• 隔離驅動
  
  ，
• 單獨電源供電。

首先我們來總體看看，這個電路沒有保護，用在逆變上100%炸，但是我們可以將這個電路的實質摸清楚。

先講講重點：

1：驅動電阻R2
，這個在驅動裏頭非常重要

，圖上還有D1配合關閉的時候
，讓IGBT的CGE快速的放電，實際上看需要，這個D1也可以不要，也可以在D1回路裏頭串聯一個電阻做0FF關閉時候的柵極電阻。

下頁內容：波形圖片和實例講解
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下麵發幾個波形照片，不同的柵極電阻，和高壓HV+400V共同產生作用的時候，上下2個IGBT柵極的實際情況。



上麵的圖

，是在取消負壓的時候，上下2管之間的柵極波形
，柵極電阻都是在10R情況下。

上麵的圖是在不加DC400V情況下測量2管G極波形

，下圖是在DC400V情況下

，2管的柵極波形。

為何第二個圖會有一個尖峰呢。這個要從IGBT的內部情況說起

，簡單來說，IGBT的GE上有一個寄生的電容
，它和另外的CGC一個寄生電容共同組成一個水池子
，那就是QG，其實這個和MOSFET也很像的。

那麼在來看看為何400V加上去，就會在下管上的G級上產生尖峰。借花獻佛，抓個圖片來說明：


如上圖所示，當上官開通的時候，此時是截止的，由於上官開通的時候，這個時候要引入DV/DT的概念

，這個比較抽象，先不管它，簡單通俗的說就是上管開通的時候
，上管等效為直通了，+DC400V電壓立馬加入到下管的C級上
，這麼高的電壓立刻從IGBT的寄生電容上通過產生一個感應電流
，這個感應電流上圖有公式計算，這個電流在RG電阻和驅動內阻的共同作用下
，在下管的柵極上構成一個尖峰電壓，如上麵那個示波器的de截jie圖tu所suo示shi。到dao目mu前qian為wei止zhi

，沒mei有you引yin入ru米mi勒le電dian容rong的de概gai念nian
，理li解jie了le這zhe些xie
，然ran後hou對dui著zhe規gui格ge書shu一yi看kan，米mi勒le電dian容rong是shi什shen麼me，對dui電dian路lu有you何he影ying響xiang
，就jiu容rong易yi理li解jie多duo了le。

這個尖峰有許多壞處
，從上麵示波器截圖可以看出來，在尖峰時刻
，下管實際上已經到7V電壓了，也就是說

，在尖峰的這個時間段內，上下2個管子是共同導通的。下管的導通時間短，但是由於有TON的時間關係在裏麵，所以這個電流不會太大。管子不會炸，但是會發熱，隨著傳輸的功率越大
，這個情況會更加嚴重
，大大影響效率。

本來是要發出加入負壓之後波形照片，負壓可以使這個尖峰在安全的電平範圍內。示波器需要U盤導出位圖
，這樣清晰
，今天發懶沒有摸儀器了
，後麵再去補上去。

下頁內容：電流采集電路
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二，電流采集電路

說到這一步，就是離保護不遠了，我的經驗就是電流采集速度要很快，這樣才能在過流或短路的時候迅速告訴後麵的電路->，這裏出問題了。讓IGBT迅速安全的關閉。

這個電路該如何實現呢
？對於逆變電路

，我們可以直接用電阻采樣，也可以用VCE管壓降探測方式。管壓降探測這個論壇裏有多次討論出現過，但是都沒有一個真正能用
，
真正實際應用過
，測試過的電路（專用驅動芯片例外）

，這是因為每種實際應用的參數大不一樣，比如IGBT參數不同

，需要調整的參數很多，需要一定的經驗做調整。

womenkeyicongzuijiandandefangshirushou，caiyongdianzujiancezhegedianliu，duanlulaile
，keyizaidianzushangchanshengyajiang，yongbijiaoqihezhegedianyajinxingbijiao，dechuzuizhongshifouyouguoliuhuozheduanluxinhao。

用這個圖就可以了

，因為原理非常簡單
，就一個比較的作用，大家實現起來會非常容易，沒有多少參數可以調整的。


上圖是采樣H橋對地的電流，舉個例子：如果IGBT是40A，我們可以采取2倍左右的峰值電流，也就是80A
，對應上圖，RS為0.01R,如果流入超過80A脈衝電流那麼在該電阻上
產生0.01R*80A=0.8V電壓，此電壓經過R11
，C11消隱之後到比較器的+端
，與來自-端的基準電壓相比較，圖上的-端參考電阻設置不對，實際中請另外計算，本例可以分別
采用5.1K和1K電阻分壓變成0.81V左右到-端，此時如果采樣電阻RS上的電壓超過0.8V以上，比較器立即翻轉，輸出SD 5V電平到外部的電路中。這個變化的電平信號就是我們
後麵接下來需要使用的是否短路過流的信號了。

有了這個信號了
，那我們如何關閉IGBT呢

？我們可以看情形是否采取軟關閉，也可以采取直接硬關閉。

采取軟關閉，可以有效防止在關閉的瞬間造成電路的電壓升高的情況，關閉特性非常軟，很溫柔，非常適合於高壓大功率的驅動電路。

如果采取硬關閉，可能會造成高壓DC上的電壓過衝，比如第一圖中的DC400V高壓可能變成瞬間變成DC600V也說不定，當時我看一些資料上的記載的時候，非常難以理解：關就關了嘛，高壓難道還自己升上去了
？實際情況卻是真實存在的。

如(ru)果(guo)大(da)家(jia)難(nan)以(yi)理(li)解(jie)，可(ke)以(yi)做(zuo)個(ge)試(shi)驗(yan)，家(jia)裏(li)有(you)水(shui)塔(ta)的(de)，最(zui)清(qing)楚(chu)，水(shui)塔(ta)在(zai)很(hen)高(gao)的(de)樓(lou)上(shang)，水(shui)龍(long)頭(tou)在(zai)一(yi)樓(lou)，打(da)開(kai)水(shui)龍(long)頭(tou)，水(shui)留(liu)下(xia)來(lai)了(le)，然(ran)後(hou)用(yong)極(ji)快(kuai)的(de)速(su)度(du)關(guan)閉(bi)這(zhe)個(ge)水(shui)龍(long)頭(tou)，你(ni)會(hui)聽(ting)到(dao)水(shui)管(guan)子(zi)有(you)響(xiang)聲(sheng)，連(lian)水(shui)管(guan)子(zi)都(dou)會(hui)要(yao)震(zhen)動(dong)一(yi)下(xia)（不(bu)知(zhi)道(dao)說(shuo)的(de)對(dui)不(bu)對(dui)，請(qing)高(gao)手(shou)指(zhi)正(zheng)，在(zai)此(ci)引(yin)入(ru)水(shui)龍(long)頭(tou)這(zhe)個(ge)例(li)子(zi)還(hai)得(de)感(gan)謝(xie)我(wo)讀(du)書(shu)的(de)時(shi)候(hou)

，老(lao)師(shi)看(kan)我(wo)們(men)太(tai)笨(ben)了(le)，講(jiang)三(san)極(ji)管(guan)特(te)性(xing)原(yuan)理(li)的(de)時(shi)候(hou)打(da)的(de)比(bi)喻(yu)
，在(zai)此(ci)我(wo)要(yao)感(gan)謝(xie)他(ta)），IGBT在橋電路的原理同樣如此。在IGBT嚴重短路的時候，如果立馬硬關閉IGBT，輕則隻是會在母線上造成過衝的感應電壓（至於為何會過衝可以查相關資料，很多資料都說到了），管子能抗過去，比如你在直流高壓母線上並聯了非常好的吸收電容
，有多重吸收電路等等……

重則，管子關閉的時候會失效
，關了也沒有用，IGBT還(hai)是(shi)會(hui)被(bei)過(guo)衝(chong)電(dian)壓(ya)擊(ji)穿(chuan)短(duan)路(lu)，而(er)且(qie)這(zhe)個(ge)短(duan)路(lu)是(shi)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)恢(hui)複(fu)的(de)，會(hui)立(li)即(ji)損(sun)壞(huai)非(fei)常(chang)多(duo)的(de)電(dian)路(lu)。有(you)時(shi)候(hou)沒(mei)有(you)過(guo)壓(ya)也(ye)能(neng)引(yin)起(qi)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)，這(zhe)個(ge)失(shi)效(xiao)的(de)原(yuan)理(li)具(ju)體(ti)模(mo)型(xing)本(ben)人(ren)未(wei)知(zhi)
，但(dan)是(shi)可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)的(de)是(shi)可(ke)能(neng)是(shi)由(you)於(yu)管(guan)子(zi)相(xiang)關(guan)的(de)其(qi)他(ta)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)和(he)米(mi)勒(le)電(dian)容(rong)共(gong)同(tong)引(yin)起(qi)失(shi)效(xiao)的(de)，或(huo)者(zhe)是(shi)由(you)於(yu)在(zai)過(guo)流(liu)
，短(duan)路(lu)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)時(shi)候(hou)，IGBT已經發生了擎柱效應就算去關，關也關不死了。

還有第三種方式
，是叫做：二級關閉，這種方式簡單來說
，就是檢測到了短路，過流信號
，PWM此時這個脈衝並沒有打算軟關閉或直接關閉
，而是立即將此時刻對應的VGE驅動脈衝電壓降低到8V左右以此來判斷是否還是在過流或短路區域，如果還是
，繼續沿用這個8V的驅動，一直到設定的時間，比如多個個us還是這樣就會立即關了，如果是，PWM將會恢複正常。這種方式一般可能見到不多
，所以我們不做深入研究。

理解了這些
，我們可以看情況來具體采用那些關閉的方式，我認為在2KW級別中，DC380V內，直接采取硬關閉已經可以滿足要求了，隻需要在H橋上並聯吸收特性良好的一個電容
，就可以用600V的IGBT了。

關鍵的一點就是檢測時候要快速，檢測之後要關閉快速
，隻有做到了快，IGBT就不會燒。