逆變電源是一種較為常見的電流轉換電源，它能夠將普通的直流電轉換為所需的交流電。在逆變電源的H橋當中

，有時需要將電路中的MOS管替換為IGBT。但在替換之後的開機帶載很有可能發生炸機。

 

想要避免這種情況

，可以從峰值電流保護入手，做好驅動和保護就能保證IGBT不會爆炸，本篇文章詳解了這種逆變H橋IGBT單管驅動保護的方法
，希望能對大家有所幫助。

 

被人們熟知的逆變電源H橋電路，也可稱為逆變電源的後級。本設計中需要加上IGBT，同樣電流容量的IGBT單管，比同樣電流容量的MOSFET要脆弱，也就是說，在逆變H橋裏同樣的電流容量下，MOSFET的承受能力要比IGBT高。

 

也許有的朋友會認為一個IRFP460，20A/500V的MOSFET
，再加上SGH40N60UFD 40A/600V的IGBT應該足以防止爆炸的發生
，但實際情況卻是
，帶載之後突然加負載和撤銷負載
，之後就炸機了。

 

通過不斷的實踐後，其實隻要遵循特定的規律，完全可以防止炸機的發生。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：驅動電路；電流采集電路；保護機製。

 

 

這次采用的IGBT為IXGH48N60B3D1，驅動電路如下：

圖1 IXGH48N60B3D1驅動電路圖

 

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。

 

從整體來看，這個電路並沒有保護
，用在逆變電源上肯定會炸機。所以我們要做的就是將這個電路的實質摸清楚。

 

在圖1當中

，驅動電阻R2在驅動裏頭非常重要
，D1配合關閉的時候，讓IGBT的CGE快速的放電，但在這裏需要說明的是
，這個D1可以根據需要進行添加，可在D1回路裏頭串聯一個電阻做0FF關閉時候的柵極電阻。

 

圖2

 

圖2是波形圖，是在不同的柵極電阻下，與*HV+400V共同產生作用的時上下2個IGBT柵極的實際情況。

 

圖2（a）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。在不加DC400V情況下測量2管G極波形，圖2（b）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十分接近。

 

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。

圖3

 

如圖3所示，當上管開通的時候，此時是截止的，由於上管開通的時候
，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，這個感應電流圖3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dejietusuoshi。daomuqianweizhi，douhaimeiyoutidaomiledianrongdegainian
，danshizhiyaolijielezhexie
，ranhouduizheguigeshuyikan，miledianrongshishenme，duidianluyouheyingxiang，jiurongyilijieduole。

 

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，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。

 

 

經(jing)過(guo)上(shang)麵(mian)的(de)步(bu)驟(zhou)，講(jiang)到(dao)電(dian)源(yuan)保(bao)護(hu)已(yi)經(jing)不(bu)遠(yuan)了(le)。建(jian)議(yi)是(shi)電(dian)流(liu)采(cai)集(ji)速(su)度(du)要(yao)很(hen)快(kuai)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)在(zai)過(guo)流(liu)或(huo)短(duan)路(lu)的(de)時(shi)候(hou)迅(xun)速(su)告(gao)訴(su)後(hou)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)。這(zhe)裏(li)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)如(ru)何(he)讓(rang)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。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。

 

可以使用圖4這種電路，采用電阻檢測電流，短路來時可以在電阻上產生壓降，用比較器和這個電壓進行比較，得出最終是否有過流或者短路信號。

圖4

 

圖4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。圖4中采樣H橋對地的電流
，舉個例子：如果IGBT是40A，可以采取2倍左右的峰值電流
，也就是80A
，對應圖4，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*大功率的驅動電路。

 

如果采取硬關閉，可能會造成*DC上的電壓過衝，比如第一圖中的DC400V*可能變成瞬間變成DC600V也說不定，一些資料上的記載讓人非常難以理解。

 

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
，以yi水shui塔ta為wei例li，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，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
，管guan子zi能neng抗kang過guo去qu，比bi如ru在zai直zhi流liu*母線上並聯了非常好的吸收電容
，有多重吸收電路等等……

 

否則，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。

 

至關重要的是，在對逆變電源的IGBT進行檢測的時候一定要眼疾手快，在檢測時也是如此
，在檢測完成之後要盡快關閉。這樣才能保證IGBT不會被燒毀。本篇文章從電路開始講起
，針對於逆變電源的IGBT的炸機問題，從波形、電流采集電路這幾個方麵給出了經驗建議
，希望大家能從中獲得炸機的解決方法。