检测及保护功能 - 大功率IGBT驱动威廉希尔官方网站 的现状与发展

图9　过流检测电路

3.4.2　欠压检测及保护
　　一般情况下，igbt栅极电压vge需15v才能使igbt进入深饱和;如果vge低于13v，在大电流时，ce之间过高的导通压降将使igbt芯片温度急剧上升;当栅极电压低于10v，igbt将工作于线性区并且很快因过热而烧毁;因此需要对vge的电压进行欠压检测。在2ed300c17-s、skypertmpro等全功能型驱动器的二次侧上都集成了该功能。
3.4.3　温度检测及保护
　　在一些公司生产的igbt模块上，还集成了温度传感器，只需将该温度传感器的信号连接到驱动器的相应检测电路上，就能实现驱动器对igbt温度的检测。由于传感器安放在igbt的芯片附近，可以更加真实地反映出igbt芯片的实际温度，所以可以更加可靠地保护igbt模块。
3.4.4　保护功能的逻辑处理
　　一旦igbt模块出现了上述的任何一个故障，都需要进入保护状态，所以保护功能的逻辑处理是最关键的一环，也是最难于设计的一环，而且一般也是由设计工程师自己来开发完成的。它的处理原则是:当某一只igbt出现了故障，要求保护逻辑处理做到:
(1)尽可能不停机;
(2)要防止事故进一步扩大;
(3)要求对报警信号进行真假的甄别。
这需要采取软件与硬件结合设计的方法来实现“智能保护逻辑处理”。系统不同，管理保护的逻辑处理设计也不同。一般采取的措施是:首先安全关断“问题igbt”，然后根据系统的要求判断是否需要关断更多的igbt，直至停机。同时要求每一个步骤都设定一个合适的延时，以便滤除伪信号。
3.5　短脉冲抑制功能
　　在驱动信号的传输过程中，由于干扰、计算误差等原因会造成在驱动信号上出现一些短脉冲，也叫“毛刺”;如果驱动器按照这些短脉冲进行相应的igbt开关，则会造成输出波形变差，因此必须对此类短脉冲进行抑制。

图10　短脉冲抑制功能

4　威廉希尔官方网站 展望
4.1　门极驱动电压提升
　　目前igbt的开通电压一般采用+15v电压源驱动，有人已经提出发展恒流源驱动的方法，认为可以克服igbt的“米勒”电容效应，使igbt的导通更加可靠。igbt的关断电压从最初的0v，到后来的-7v左右，低频下普遍使用-15v。
4.2　逐个脉冲软关断
　　现在大部分大功率igbt驱动保护电路在正常运行时的关断方式为硬关断，只有在出现过流的情况下才会采用软关断的方式。而在感性负载情况之下，igbt关断之后为了保持电流的连续性，必然会有一只续流二极管导通，此时会在功率母线的寄生电感上产生一个尖峰电压:δv=l×di/dt，除了寄生电感l及关断电流的大小影响之外，如果硬关断越快，即dt越小，则尖峰电压δv越高。而对于应用在较低频状况下的大功率igbt，由于电流在几百安培，所以逐个脉冲进行软关断将会大大降低尖峰电压δv，使尖峰电压δv产生的干扰会大幅减小，可以提高系统的可靠性。一些igbt生产厂商也在着手开发具有软关断特性的igbt芯片。
4.3　过流检测保护阈值(参考基准)设置方法
　　当前大部分大功率igbt驱动保护电路对过流检测的保护阈值只有一个，一般常规值设在7v～9v。为了防止误报警，出现了一些不同的阈值设置方法。
　　变阈值设置方法:在igbt从截止状态刚刚进入饱和状态期间(约几个微秒至十几个微秒)，保护阈值可以从15v(或者更高)按照一定的曲线降至常规设置值，可以避免在此期间的扰动的伪信号造成误报警;
　　多阈值设置方法:为了更为符合实际的工况应用情况，降低停机率，可以采用多阈值保护。比如igbt的饱和压降达到第一阈值时，采用降低栅极电压的处理方式;达到更高的第二阈值时，才彻底关断igbt。
4.4　更加贴近驱动对象
　　目前，针对各种工况下使用的igbt，例如高压变频器、ups、逆变焊机等应用场合，均有不同的大功率igbt驱动保护电路推出。这些驱动器的原理大致相同，但更加贴进各自的驱动对象。
4.5　与智能功率模块(ipm)分别在不同的功率领域并行发展
　　ipm内部集成了驱动电路，只需提供控制信号即可工作，主要应用中小功率场合;而大功率igbt驱动保护电路一般用于大功率场合，对大功率的igbt进行驱动。随着igbt生产工艺，硅片威廉希尔官方网站 、驱动威廉希尔官方网站 的不断进步和发展，大功率igbt驱动保护电路与ipm均在各自的功率领域并行发展。

5　大功率igbt驱动保护电路发展所受到的的限制
　　成本价格的限制，是对大功率igbt驱动保护电路发展的最大限制。一个好的大功率igbt驱动保护电路面对要解决的问题较广泛、复杂，可靠性的要求却非常之高。所以成本因素极大地限制了全功能型大功率igbt驱动保护电路的发展，而价格适中的多功能型大功率igbt驱动保护电路是大多数工程师们的首选产品。对于肯在主回路上进行电流直接取样投资的工程师来说，单一功能的驱动电路则是他们的首选。

6　结束语
　　大功率igbt驱动保护威廉希尔官方网站 的发展完全是受到igbt发展的影响而发展的，随着半导体威廉希尔官方网站 的进一步发展，新的器件乃至新型的igbt的诞生，以及新的主回路拓扑的诞生，会出现更加新颖的驱动保护威廉希尔官方网站 。