如何保護電機驅動(dòng)器和可再生能源系統中的IGBT

　　UVLO欠壓鎖定

　　ACPL-332J柵極驅動(dòng)光電耦合器提供有欠壓鎖定(UVLO, Under Voltage Lock-Out)功能，透過(guò)強迫器件在啟動(dòng)時(shí)為低電壓輸出以避免不足的柵極電壓。IGBT通常需要大約15V的柵極電壓以達到規格要求的VCE(SAT)飽和電壓，如果電壓低于12V，IGBT可能會(huì )在線(xiàn)性區工作，使得VCE(SAT)飽和電壓會(huì )在較大電流時(shí)大幅度提高，造成溫度過(guò)高問(wèn)題，在這種情況下，光電耦合器的UVLO欠壓鎖定功能就可以避免輸出在柵極驅動(dòng)器電源電壓不足時(shí)導通IGBT?！　?/p>

圖2：典型的IGBT工作區。

　　[圖說(shuō)]
　　Collector Current IC(A) = 集電極電流IC (A)
　　Saturation Region = 飽和區
　　Linear region = 線(xiàn)性區
　　Collector-Emitter Voltage VCE (V) = 集射極電壓VCE (V)

　　去飽合檢測和IGBT軟關(guān)斷

　　錯誤檢測功能監測IGBT的 VCE(SAT) 電壓，并于集電極電壓進(jìn)入去飽和區并超出預先設定的閥值時(shí)觸發(fā)本地的錯誤保護關(guān)機程序，去飽和可以由接線(xiàn)錯誤引起的相位或軌電源短路、計算錯誤造成控制信號失效以及因負載引發(fā)的過(guò)載情況，或是柵極驅動(dòng)電路中的零組件問(wèn)題造成，在去飽和情況下，IGBT的電流和功耗會(huì )大幅度增加，造成IGBT過(guò)熱，進(jìn)而可能引發(fā)災難性的故障?！　?/p>

圖3：具備去飽和檢測和有源米勒箝位功能的ACPL-332J。

　　IGBT的集射極電壓 VCE由器件的DESAT引腳 (pin 14) 監測，當發(fā)生短路且VCE電壓超過(guò)內部設定的去飽和錯誤檢測閥值電壓(7V)時(shí)，器件會(huì )啟動(dòng)受到控制的軟關(guān)斷動(dòng)作以避免過(guò)大的電流變化(di/dt)造成電壓短時(shí)脈沖，在此同時(shí)，內部的隔離反饋通道會(huì )拉低FAULT引腳 (pin 3) 輸出告知微控制器發(fā)生錯誤情況。

　　米勒箝位

　　IGBT工作時(shí)一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是米勒電容所引起的寄生導通問(wèn)題，在關(guān)斷時(shí)IGBT上如果發(fā)生電壓變化(dVCE/dt)，S2將會(huì )形成因本身寄生米勒電容 CCG 所引發(fā)的電流，這個(gè)電流流過(guò)柵極電阻RG 和內部電阻RDRIVER，造成IGBT柵極到射極上的壓降，如果這個(gè)電壓超過(guò)IGBT的柵極閥值電壓，那么就可能造成S2的寄生導通，引起電流擊穿問(wèn)題?！　?/p>

4：(a)IGBT因米勒電容造成的寄生導通，(b)有源米勒箝位可以對寄生米勒電流進(jìn)行分流。

　　[圖說(shuō)]
　　DRIVER = 驅動(dòng)器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Gate Voltage Spike! = 柵極電壓短時(shí)脈沖!
　　High dV/dt = 高dV/dt電壓變化
　　Shoot Through! = 擊穿!
　　DRIVER = 驅動(dòng)器
　　Miller Capacitor = 米勒電容
　　Low resistant path to shunt the parasitic Miller current = 對寄生米勒電流進(jìn)行分流的低阻值路徑
　　High dV/dt = 高dv/dt電壓變化