中心議題：

• IGBT失效場合
• IGBT失效機理
• IGBT失效防護
• 柵極過電壓
  、過電流防護

解決方案：

• 傳統保護模式
• 新型保護模式

引語：目前在使用和設計IGBT的de過guo程cheng中zhong
，基ji本ben上shang都dou是shi采cai用yong粗cu放fang式shi的de設she計ji模mo式shi
，所suo需xu餘yu量liang較jiao大da，係xi統tong龐pang大da
，但dan仍reng無wu法fa抵di抗kang來lai自zi外wai界jie的de幹gan擾rao和he自zi身shen係xi統tong引yin起qi的de各ge種zhong失shi效xiao問wen題ti。本ben文wen將jiang突tu破po傳chuan統tong的de保bao護hu方fang式shi
，探tan討taoIGBT係統電路保護設計的解決方案。

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——suoxuyuliangjiaoda
，xitongpangda，danrengwufadikanglaiziwaijiedeganraohezishenxitongyinqidegezhongshixiaowenti。shunleidianzigongsiliyongzaibandaotilingyudeshengchanheshejiyoushi，jieheshuntaiyizhierjiguandetedian
，zaiyanjiuIGBT失效機理的基礎上
，通過整合係統內外部來突破設計瓶頸。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）。
 

圖1：傳統保護模式。

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）。瞬雷電子開發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。[page]
 

 圖2：新型防護模式。

2.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。
 

圖3：傳統保護模式和新型保護模式電路對比。