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微碧VBsemi新产品IGBT:过流和短路保护(工业驱动篇)

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本期文章我们来介绍下VBSEMI的新产品IGBT,又称绝缘栅极双极性晶体管。

IGBT过流和短路保护



微碧VBsemi半导体


工业电机驱动应用


本期文章我们来介绍下VBSEMI的新产品IGBT,又称绝缘栅极双极性晶体管。我们一起来讨论工业电机驱动应用中,微碧VBsemi的IGBT实现短路保护的问题。




IGBT特点

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今天我们来介绍下VBSEMI的新产品IGBT,又称绝缘栅极双极性晶体管。

在实际电子应用中最常见的电子元器件是双极结型晶体管 BJT 和 MOS管。


而IGBT(绝缘栅极双极性晶体管)你可以把 将它 看作 BJT 和 MOS 管的融合体,这是因为IGBT具有 BJT 的输入特性和 MOS 管的输出特性。


与它们相比,VBsemi的IGBT具备更大的功率增益,更高的工作电压、更高的短路电流电平、更小的芯片尺寸,以及更低的热容量和短路耐受时间。


针对IGBT的以上优势,本期文章我们来讨论工业电机驱动应用中微碧VBsemi的IGBT实现短路保护的问题。





首先来看IGBT的短路耐量


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首先来看IGBT的短路耐量


一开始IGBT的人认为短路能力就是看短路耐量的长短。但其实在很多情况下,其短路耐量是无法表征实际的短路能力。事实上,短路耐量实际上是一种热失效,并且是在芯片热量分布相对比均匀的情况下的一种失效,并且它的短路耐受时间与其跨导或增益有关。


一般情况下,更高的增益导致IGBT内的短路电流会更高,因此增益较低的IGBT具备较低的短路电平。然而,较高增益同样会导致较低的通态导通损耗。


这个时候就要进行权衡取舍了。


随着技术的发展,IGBT逐渐增加了短路电流电平,又降低短路耐受时间的优势。这使得它的芯片尺寸更小,缩小了模块的尺寸。




IGBT过流保护


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对于IGBT而言,它并非属于故障安全元件,因此在遇见故障时,它可能会直接导致直流总线电容爆炸,并使整个驱动出现故障。因此,对于过流保护,需要通过电流测量或饱检测来实现。


比如,在进行电流测量时,逆变器和相位输出需要加入分流电阻等测量器件,以便应对直筒故障和电机绕组故障。控制器或者或栅极驱动器中的快速执行跳变电路必须及时关断IGBT,防止超出短路耐受时间。




IGBT工作状态


正常工作时,IGBT的集电极-发射极电压非常低(典型值为1 V至4 V)。然而,如果发生短路事件,IGBT集电极电流上升到驱动IGBT退出饱和区并进入线性工作区的电平。这会导致集电极-发射极电压快速升高。


在上述中正常的电压电平表示存在短路,通常在去饱和时,栅极-发射极电压会存在过低,且IGBT没能完全驱动值饱和区,这时就要仔细检测以防误触发。通常还会加入电流源充电电容或RC滤波器,以便在检测机制中产生短暂的时间常数。


正常工作下,建议栅极驱动器设计为能够尽可能快速地关闭IGBT,以便最大程度降低开关损耗。这可以通过较低的驱动器阻抗和栅极驱动电阻来实现。如若过流条件施加同样的栅极关断速率,则集电极-发射极的di/dt将会大很多,因为在较短的时间内电流变化会较大。

因此,为降低di/dt以及其它潜在破坏性的过压电平,在关断IGBT时,提供阻抗较高的关断路径很重要。



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微碧半导体新产品IGBT


特点
         
具有低导通电阻、低开关损耗、高速开关和高可靠性等特点。
         
应用领域
         

适用于电动汽车、轨道交通、工业控制等领域的电机驱动系统、逆变器系统和电源管理系统。

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