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。現xian在zai我wo們men將jiang結jie合he瞬shun態tai抑yi製zhi二er極ji管guan的de特te點dian，在zai研yan究jiuIGBT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

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2)。

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。

上述情況，浪湧突波部分可以用防雷電路進行防護。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。

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之間的隔離設計，以及設計適合柵極的驅動脈衝電路等。然而即使這樣
，在實 際使用的工業環境中
，以上方案仍然具有比較高的產品失效率——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。

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