②长时间过流运行。IGBT 管长时间过流运行是指IGBT 管的运行指标达到或超出 RBSOA(反偏安全工作区)所限定的电流安全边界(如选型失误、安全系数偏小等)。出现这种情况时，电路必须能在电流到达RBSOA 限定边界前立即关断器件，才能达到保护器件的目的。

③短路超时(>lO μs)。短路超时是指 IGBT 管所承受的电流值达到或超出 SCSOA(短路安全工作区)所限定的最大边界，比如为 4～5 倍额定电流时，必须在10 μs 之内关断 IGBT 管。如果此时 IGBT 管所承受的最大电压也超过器件标称值，IGBT 管必须在更短时间内被关断。

( 2) 过电压损坏和静电损坏

IGBT 管在关断时，由于电路中存在电感成分，关断瞬间将产生尖峰电压。如果尖峰电压超过 IGBT 管器件的最高峰值电压，将造成 IGBT 管击穿损坏。IGBT 管过电压损坏可分为集电极—栅极过电压、栅极—发射极过电压、高 du/dt 过电压等。

大多数过电压保护电路的设计都比较完善，但是对于由高 du/dt 所致的过电压故障，在设计中基本上都是采用无感电容或者 RCD 结构的吸收电路。由于吸收电路设计的吸收容量不够，会造成 IGBT 管损坏，对此可采用电压钳位，往往在集电极和栅极两端并接齐纳二极管 (推荐使用美国 Diodes 公司的 1.5KE××A产品系列)，采用栅极电压动态控制方式。当集电极电压瞬间超过齐纳二极管的钳位电压时，超出的电压将叠加在栅极上(米勒效应起作用)，避免了 IGBT 管因受集电极—发射极过电压而损坏。

采用栅极电压动态控制可以解决由于过高的du／dt 带来的集电极—发射极瞬间过电压问题，但是它的弊端是：当 IGBT 管处于感性负载运行状态时，关断的 IGBT 管由于其反并联二极管(续流二极管)的恢复，其集电极和发射极两端的电压急剧上升，承受很高的瞬间 du／dt。在多数情况下该 du／dt 值要比 IGBT管正常关断时的集电极—发射极电压上升率高。

由于米勒电容(Cres)的存在，该 du／dt 值将在集电极和栅极之间产生一个瞬间电流流向栅极驱动电路。该电流与栅极电路的阻抗相互作用，直接导致栅极—发射极电压 UGE升高，甚至超过 IGBT 管的开通门限电压 UGEth，出现的恶劣情况就是使 IGBT 管被误触发导通。

( 3) 过热损坏

过热损坏一般指使用中 IGBT 管的结温 Tj 超过芯片的最大温度限定值。目前应用的 IGBT 管器件还是以Tjmax=150℃的 NPT 技术为主流的，为此在 IGBT 管模块应用中其结温应限制在该值以下。

7. I GBT 管损坏的解决对策

( 1) 过电流损坏

为了避免 IGBT 管发生锁定效应而损坏，在电路设计中应保证 IGBT 管的最大工作电流不超过 IGBT 管的IDM值，同时注意可适当加大驱动电阻 RG来延长关断时间，减小 IGBT 管的 di／dt。驱动电压的大小也会影响 IGBT 管的锁定效应，驱动电压低，承受过电流时间长。IGBT 管必须加负偏压，IGBT 管生产厂家一般推荐加 -5 V 左右的反偏电压。在有负偏压的情况下，驱动正电压在 10～15 V 之间。IGBT 管发射极的电流可在5～10 μs 内超过额定电流的 4-10倍，所以IGBT管必须设有驱动负偏压。

由于负载冲击特性各不相同，且供电的设备可能发生电源短路故障，所以在设计中采取限流措施进行IGBT 管的电流限制也是必需的，可考虑采用 IGBT 管厂家提供的驱动厚膜电路。如 FUJI 公司的 EXB841、EXB840 以及三菱公司的 M57959AL、M57962CL，它们对IGBT 管的集电极电压进行检测，如果 IGBT 管发生过电流，则由内部电路关断驱动信号。这种办法有时还是不能保护 IGBT 管，IR 公司推荐的短路保护方法是：首先检测通态压降 UCE。如果 UCE超过设定值，保护电路马上将驱动电压降为 8 V，于是 IGBT 管由饱和状态转入放大区，通态电阻增大，短路电流下降，经过 4μs 连续检测通态压降 UCEO，如果正常，将驱动电压恢复正常；如果未恢复，将驱动信号关断，使集电极电流减为零。这样实现短路电流软关断，可以避免快速关断造成的过大di／dt 损坏 IGBT 管。

另外，根据三菱公司的最新资料，三菱公司推出的 F系列 IGBT 管均内含限流电路(RTC Circuit)，当发生过流时，在 10μs 内将 IGBT 管的驱动电压减为 9 V，配合M57160AL 驱动厚膜电路可以快速实现软关断保护 IGBT管。

( 2) 过电压损坏

防止过电压损坏的方法有：优化主电路的工艺结构，通过缩小大电流回路的路径来减小线路寄生电感；适当增加 IGBT 管的驱动电阻 RG，使开关速度减慢(但开关损耗也增加了)；设计缓冲电路，对尖峰电压进行抑制。用于缓冲电路中的二极管必须是快恢复二极管，电容必须是损耗小、频率特性好的高频薄膜电容。这样才能取得好的吸收效果。常见电路有耗能式和回馈式，回馈式又有无源式和有源式两种，详细电路设计可参见所选器件的技术手册。

IGBT 管的 UGE的保证值为 +20 V，若超出保证值，将会导致 IGBT 管损坏，因而在栅极和发射极之间的电压不能超出保证值。此外，在栅极和发射极之间开路时，若在集电极和发射极间加上电压，随着集电极电位的变化，由于有漏电流(i)流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。如果此时集电极和发射极之间处于高电压状态，可能使芯片发热而损坏。

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