3.过压保护
在IGBT关断过程中,由于其c极电流下降较快,在电路杂散电感与负载电感的作用下,会在IGBT的c、e极间产生很高的浪涌尖峰电压,尤其是在IGBT工作电压本就很高的电路中,这样极易击穿IGBT。因此,对IGBT进行过压保护也十分必要。
为了避免尖峰电压损坏IGBT、一是要优化主电路结构(采用分层布线、尽量缩短连线等),减少杂散电感;二是在线路上多加装一些退藕电容,以减少线路电感;三是安装脉冲吸收回路。
吸收回路的作用是吸收电感释放的能量,其电路形式主要分为充放电型和放电阻止型两类。充放电型又分有RC吸收与RCD吸收两种,分别如图13、14所示。RC吸收电路因电容C的充电电流在电阻R上产生压降,还会造成过冲电压。RCD电路因用二极管旁路了电阻上的充电电流,从而消除了过冲电压。
电容Ca1、Ca2应选用高频低感圈绕聚乙烯或聚丙烯电容,也可选用陶瓷电容,容量为2nF左右。虽容量选大一些,有利于浪涌尖峰电压的抑制,但过大会受到放电时间的限制。电阻Ra1、Ra2应选用氧化膜无感电阻,其阻值的确定要满足放电时间明显小于主电路开关周期的要求,可按R≤T/6C计算,T为主电路的开关周期。二极管VD1、VD2应选用正向过渡电压低、逆向恢复时间短的二极管。
常见的放电阻止型吸收电路如图15~17所示,电容CS的放电电压为电源电压。在每次IGBT关断时,CS将上次关断电压的过冲部分能量回馈到电源,减小了吸收电路的功耗,但这类电路的电压吸收能力不如上述RCD充放电型。
4.过热保护
由于IGBT是大功率器件,通常工作在大电流状态,自身发热也较快(尤其是RG偏大时),加之IGBT的结温不能超过125℃,且不宜长期工作在较高温度下,因此要进行过热保护。
在实际应用中,IGBT的过热保护通常采用强制散热与保护电路相结合的方式。例如:在电磁炉中,将IGBT安装在一块面积较大的金属片上,并采用风扇对IGBT进行风冷散热,如图18所示;同时,在IGBT表面或其散热器上安装温度传感器,当检测到温度超过设定值时,单片机会发出IGBT关断指令,这时驱动电路停止输出IGBT驱动脉冲,从而达到保护的目的。