這幾天專門給逆變器的后級，也就是大家熟悉的H橋電路換上了IGBT管子。IGBT單管相當(dāng)?shù)拇嗳酰瑯与娏魅萘康腎GBT單管，比同樣電流容量的MOSFET脆弱多了，也就是說，在逆變H橋里頭，MOSFET上去沒有問題，但是IGBT上去，可能開機(jī)帶載就炸了。這一點(diǎn)很多人估計都深有體會。

曾經(jīng)我非常天真的認(rèn)為，一個IRFP460,20A/500V的MOSFET，用個SGH40N60UFD  40A/600V的IGBT上去怎么樣也不會炸的吧，實際情況卻是：帶載之后，突然加負(fù)載和撤銷負(fù)載，幾次下來就炸了。我以為是電路沒有焊接好，然后同樣的換上去，照樣炸掉，這樣白白浪費(fèi)了好多IGBT。

后來發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，就是采用峰值電流保護(hù)的措施就能讓IGBT不會炸。我們將這個問題看出幾個部分來解決：（1）驅(qū)動電路；（2）電流采集電路；（3）保護(hù)機(jī)制。

一、驅(qū)動電路

這次采用的IGBT為IXYS的，IXGH48N60B3D1，詳細(xì)規(guī)格書如下：IXGH48N60B3D1

驅(qū)動電路如下：


這是一個非常典型的應(yīng)用電路，完全可以用于IGBT或者M(jìn)OSFET，但是也有些不一樣的地方。

• 有負(fù)壓產(chǎn)生電路，
• 隔離驅(qū)動，
• 單獨(dú)電源供電。

首先我們來總體看看，這個電路沒有保護(hù)，用在逆變上100%炸，但是我們可以將這個電路的實質(zhì)摸清楚。

先講講重點(diǎn)：

1：驅(qū)動電阻R2，這個在驅(qū)動里頭非常重要，圖上還有D1配合關(guān)閉的時候，讓IGBT的CGE快速的放電，實際上看需要，這個D1也可以不要，也可以在D1回路里頭串聯(lián)一個電阻做0FF關(guān)閉時候的柵極電阻。

下頁內(nèi)容：波形圖片和實例講解
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下面發(fā)幾個波形照片，不同的柵極電阻，和高壓HV+400V共同產(chǎn)生作用的時候，上下2個IGBT柵極的實際情況。



上面的圖，是在取消負(fù)壓的時候，上下2管之間的柵極波形，柵極電阻都是在10R情況下。

上面的圖是在不加DC400V情況下測量2管G極波形，下圖是在DC400V情況下，2管的柵極波形。

為何第二個圖會有一個尖峰呢。這個要從IGBT的內(nèi)部情況說起，簡單來說，IGBT的GE上有一個寄生的電容，它和另外的CGC一個寄生電容共同組成一個水池子，那就是QG，其實這個和MOSFET也很像的。

那么在來看看為何400V加上去，就會在下管上的G級上產(chǎn)生尖峰。借花獻(xiàn)佛，抓個圖片來說明：


如上圖所示，當(dāng)上官開通的時候，此時是截止的，由于上官開通的時候，這個時候要引入DV/DT的概念，這個比較抽象，先不管它，簡單通俗的說就是上管開通的時候，上管等效為直通了，+DC400V電壓立馬加入到下管的C級上，這么高的電壓立刻從IGBT的寄生電容上通過產(chǎn)生一個感應(yīng)電流，這個感應(yīng)電流上圖有公式計算，這個電流在RG電阻和驅(qū)動內(nèi)阻的共同作用下，在下管的柵極上構(gòu)成一個尖峰電壓，如上面那個示波器的截圖所示。到目前為止，沒有引入米勒電容的概念，理解了這些，然后對著規(guī)格書一看，米勒電容是什么，對電路有何影響，就容易理解多了。

這個尖峰有許多壞處，從上面示波器截圖可以看出來，在尖峰時刻，下管實際上已經(jīng)到7V電壓了，也就是說，在尖峰的這個時間段內(nèi)，上下2個管子是共同導(dǎo)通的。下管的導(dǎo)通時間短，但是由于有TON的時間關(guān)系在里面，所以這個電流不會太大。管子不會炸，但是會發(fā)熱，隨著傳輸?shù)墓β试酱?，這個情況會更加嚴(yán)重，大大影響效率。

本來是要發(fā)出加入負(fù)壓之后波形照片，負(fù)壓可以使這個尖峰在安全的電平范圍內(nèi)。示波器需要U盤導(dǎo)出位圖，這樣清晰，今天發(fā)懶沒有摸儀器了，后面再去補(bǔ)上去。

下頁內(nèi)容：電流采集電路
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二，電流采集電路

說到這一步，就是離保護(hù)不遠(yuǎn)了，我的經(jīng)驗就是電流采集速度要很快，這樣才能在過流或短路的時候迅速告訴后面的電路->，這里出問題了。讓IGBT迅速安全的關(guān)閉。

這個電路該如何實現(xiàn)呢？對于逆變電路，我們可以直接用電阻采樣，也可以用VCE管壓降探測方式。管壓降探測這個論壇里有多次討論出現(xiàn)過，但是都沒有一個真正能用，
真正實際應(yīng)用過，測試過的電路（專用驅(qū)動芯片例外），這是因為每種實際應(yīng)用的參數(shù)大不一樣，比如IGBT參數(shù)不同，需要調(diào)整的參數(shù)很多，需要一定的經(jīng)驗做調(diào)整。

我們可以從最簡單的方式入手，采用電阻檢測這個電流，短路來了，可以在電阻上產(chǎn)生壓降，用比較器和這個電壓進(jìn)行比較，得出最終是否有過流或者短路信號。

用這個圖就可以了，因為原理非常簡單，就一個比較的作用，大家實現(xiàn)起來會非常容易，沒有多少參數(shù)可以調(diào)整的。


上圖是采樣H橋?qū)Φ氐碾娏鳎e個例子：如果IGBT是40A，我們可以采取2倍左右的峰值電流，也就是80A，對應(yīng)上圖，RS為0.01R,如果流入超過80A脈沖電流那么在該電阻上
產(chǎn)生0.01R*80A=0.8V電壓，此電壓經(jīng)過R11，C11消隱之后到比較器的+端，與來自-端的基準(zhǔn)電壓相比較，圖上的-端參考電阻設(shè)置不對，實際中請另外計算，本例可以分別
采用5.1K和1K電阻分壓變成0.81V左右到-端，此時如果采樣電阻RS上的電壓超過0.8V以上，比較器立即翻轉(zhuǎn)，輸出SD 5V電平到外部的電路中。這個變化的電平信號就是我們
后面接下來需要使用的是否短路過流的信號了。

有了這個信號了，那我們?nèi)绾侮P(guān)閉IGBT呢？我們可以看情形是否采取軟關(guān)閉，也可以采取直接硬關(guān)閉。

采取軟關(guān)閉，可以有效防止在關(guān)閉的瞬間造成電路的電壓升高的情況，關(guān)閉特性非常軟，很溫柔，非常適合于高壓大功率的驅(qū)動電路。

如果采取硬關(guān)閉，可能會造成高壓DC上的電壓過沖，比如第一圖中的DC400V高壓可能變成瞬間變成DC600V也說不定，當(dāng)時我看一些資料上的記載的時候，非常難以理解：關(guān)就關(guān)了嘛，高壓難道還自己升上去了？實際情況卻是真實存在的。

如果大家難以理解，可以做個試驗，家里有水塔的，最清楚，水塔在很高的樓上，水龍頭在一樓，打開水龍頭，水留下來了，然后用極快的速度關(guān)閉這個水龍頭，你會聽到水管子有響聲，連水管子都會要震動一下（不知道說的對不對，請高手指正，在此引入水龍頭這個例子還得感謝我讀書的時候，老師看我們太笨了，講三極管特性原理的時候打的比喻，在此我要感謝他），IGBT在橋電路的原理同樣如此。在IGBT嚴(yán)重短路的時候，如果立馬硬關(guān)閉IGBT，輕則只是會在母線上造成過沖的感應(yīng)電壓（至于為何會過沖可以查相關(guān)資料，很多資料都說到了），管子能抗過去，比如你在直流高壓母線上并聯(lián)了非常好的吸收電容，有多重吸收電路等等……

重則，管子關(guān)閉的時候會失效，關(guān)了也沒有用，IGBT還是會被過沖電壓擊穿短路，而且這個短路是沒有辦法恢復(fù)的，會立即損壞非常多的電路。有時候沒有過壓也能引起這種現(xiàn)象，這個失效的原理具體模型本人未知，但是可以想象的是可能是由于管子相關(guān)的其他寄生電容和米勒電容共同引起失效的，或者是由于在過流，短路信號發(fā)生時候，IGBT已經(jīng)發(fā)生了擎柱效應(yīng)就算去關(guān)，關(guān)也關(guān)不死了。

還有第三種方式，是叫做：二級關(guān)閉，這種方式簡單來說，就是檢測到了短路，過流信號，PWM此時這個脈沖并沒有打算軟關(guān)閉或直接關(guān)閉，而是立即將此時刻對應(yīng)的VGE驅(qū)動脈沖電壓降低到8V左右以此來判斷是否還是在過流或短路區(qū)域，如果還是，繼續(xù)沿用這個8V的驅(qū)動，一直到設(shè)定的時間，比如多個個us還是這樣就會立即關(guān)了，如果是，PWM將會恢復(fù)正常。這種方式一般可能見到不多，所以我們不做深入研究。

理解了這些，我們可以看情況來具體采用那些關(guān)閉的方式，我認(rèn)為在2KW級別中，DC380V內(nèi)，直接采取硬關(guān)閉已經(jīng)可以滿足要求了，只需要在H橋上并聯(lián)吸收特性良好的一個電容，就可以用600V的IGBT了。

關(guān)鍵的一點(diǎn)就是檢測時候要快速，檢測之后要關(guān)閉快速，只有做到了快，IGBT就不會燒。