EXB841对IGBT的过流保护研究.pdf

第 30 卷　第 6 期 太　原　理　工　大　学　学　报 30　 6 V o l N o 1999 年 11 月 JOU RN AL O F TA IYU AN U N IV ER S IT Y O F T ECHN OLO GY N ov. 1999 　　文章编号( 1999) 0606 1004 EXB 84 1 对 IGB T 的过流保护研究 贾好来① (太原理工大学电气与动力工程学院) 摘　要　分析了 IGB T 失效原因, 阐述了 IGB T 的保护策略, 详细论证了EXB 84 1 的缺陷。通 过实例给出了改进后的驱动电路。 关键词　IGB T ; 失效; 保护 中图分类号　 389　　　文献标识码　 TN A 1　IGB T 失效原因分析 IGB T 是 80 年代发展起来的一种新型复合器 件, 综合了M O SF E T 和 GTR 的优点, 因而有 良好 特性。目前已广泛应用于工作频率为几十千赫, 输出 功率为几千瓦到几十千瓦的各类电力变换装置中。 正确设计与合理使用 IGB T 保护 电路, 是 IG B T 可靠工作的关键。设计保护电路时, 应考虑 IG B T 遇到短路情况时失效的3 个主要原因: 1) 超过热极限。如果器件持续短路, 大电流产 生的功耗将引起温升。由于芯片的热时间常数短, 其 ( 温度迅速上升, 若芯片温度超过硅本征温度 约 ) 250 ℃ , 器件失去阻断能力, 栅极控制就无法保护, 从而导致 IGB T 失效。 2) 擎住效应。 为4 层结构, 体内存在一个 图 1　IGB T 等效电路 IGB T 寄生晶闸管, 等效电路如图 1 所示。在N PN 晶体管 　　集电极通态电流连续值超过规定值而产生的擎 的基极与发射极之间并有一个体区扩展电阻 . 住效应为静态擎住效应。 R b r P 型体内的横向空穴电流在此电阻上会产生一定的电 在故障 IGB T 关断过程中, 由于电流下降太快, 集射 电压 CE 突然上升, CE 很大, 在 内 压降, 对N PN 基极来说, 相当于一个正 向偏置 电 V dV d t IGB T 压。在规定的集电极电流范围内, 这个正偏置电压不 部产生较大的位移电流。当该电流流过电阻R b r 时, 大,N PN 晶体管不起任何作用。当I c 增大到一定程 产生足以使N PN 晶体管开通的正向偏置 电压, 造 度时, 该正向电压足以使N PN 晶体管开通, 进而使 成寄生晶闸管饱和导通, 形成动态擎住效应, 使 IG N PN 和 PN P 晶体管处于饱和状态。于是, 寄生晶闸 B T 失效。这种现象在负载为感性时更易发生。 管导通, 门极失去控制作用, 形成擎住效应。IGB T 器件制造厂规定的集电极电流最大值是按动态 发生擎住效应后, 集电极电流增大, 产生过高功耗, 擎住所允许的最大集电极电流而确定的。 导致器件失效。