重要的是，去飽和還可表示柵極-發(fā)射極電壓過低，且IGBT未完全驅(qū)動至飽和區(qū)。進行去飽和檢測部署時需仔細，以防誤觸發(fā)。這尤其可能發(fā)生在IGBT尚未完全進入飽和狀態(tài)時，從IGBT關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到IGBT導(dǎo)通狀態(tài)期間。消隱時間通常在開啟信號和去飽和檢測激活時刻之間，以避免誤檢。通常還會加入電流源充電電容或RC濾波器，以便在檢測機制中產(chǎn)生短暫的時間常數(shù)，過濾噪聲拾取導(dǎo)致的濾波器雜散跳變。選擇這些濾波器元件時，需在噪聲抗擾度和IGBT短路耐受時間內(nèi)作出反應(yīng)這兩者之間進行權(quán)衡。

檢測到IGBT過流后，進一步的挑戰(zhàn)便是關(guān)閉處于不正常高電流電平狀態(tài)的IGBT。正常工作條件下，柵極驅(qū)動器設(shè)計為能夠盡可能快速地關(guān)閉IGBT，以便最大程度降低開關(guān)損耗。這是通過較低的驅(qū)動器阻抗和柵極驅(qū)動電阻來實現(xiàn)的。如果針對過流條件施加同樣的柵極關(guān)斷速率，則集電極-發(fā)射極的di/dt將會大很多，因為在較短的時間內(nèi)電流變化較大。

由于線焊和PCB走線雜散電感導(dǎo)致的集電極-發(fā)射極電路寄生電感可能會使較大的過壓電平瞬間到達IGBT(因為VLSTRAY = LSTRAY × di/dt)。因此，在去飽和事件發(fā)生期間，關(guān)斷IGBT時，提供阻抗較高的關(guān)斷路徑很重要，這樣可以降低di/dt以及一切具有潛在破壞性的過壓電平。除了系統(tǒng)故障導(dǎo)致的短路，瞬時逆變器直通同樣會發(fā)生在正常工作條件下。此時，IGBT導(dǎo)通要求IGBT驅(qū)動至飽和區(qū)域，在該區(qū)域中導(dǎo)通損耗最低。這通常意味著導(dǎo)通狀態(tài)時的柵極-發(fā)射極電壓大于12 V。IGBT關(guān)斷要求IGBT驅(qū)動至工作截止區(qū)域，以便在高端IGBT導(dǎo)通時成功阻隔兩端的反向高電壓。原則上講，可以通過使IGBT柵極-發(fā)射極電壓下降至0 V實現(xiàn)該目標(biāo)。但是，必須考慮逆變器臂上低端晶體管導(dǎo)通時的副作用。導(dǎo)通時開關(guān)節(jié)點電壓的快速變化導(dǎo)致容性感應(yīng)電流流過低端IGBT寄生密勒柵極-集電極電容(圖3中CGC)。

該電流流過低端柵極驅(qū)動器(圖3中的ZDRIVER)關(guān)斷阻抗，在低端IGBT柵極發(fā)射極端創(chuàng)造出個瞬變電壓增加，如圖所示。如果該電壓上升至IGBT閾值電壓VTH以上，則會導(dǎo)致低端IGBT的短暫導(dǎo)通，從而形成瞬態(tài)逆變器臂直通——因為兩個IGBT都短暫導(dǎo)通。這一般不會破壞IGBT，但卻能增加功耗，影響可靠性。

一般而言，有兩種方法可以解決逆變器IGBT的感應(yīng)導(dǎo)通問題——使用雙極性電源和/或額外的米勒箝位。在柵極驅(qū)動器隔離端接受雙極性電源的能力為感應(yīng)電壓瞬變提供了額外的裕量。例如，–7.5 V負電源軌表示需要大于8.5 V的感應(yīng)電壓瞬變才能感應(yīng)雜散導(dǎo)通。 這足以防止雜散導(dǎo)通。另一種方法是在完成關(guān)斷轉(zhuǎn)換后的一段時間內(nèi)降低柵極驅(qū)動器電路的關(guān)斷阻抗。這稱為米勒箝位電路。容性電流現(xiàn)在流經(jīng)較低阻抗的電路，隨后降低電壓瞬變的幅度。針對導(dǎo)通與關(guān)斷采用非對稱柵極電阻，便可為開關(guān)速率控制提供額外的靈活性。所有這些柵極驅(qū)動器功能都對整個系統(tǒng)的可靠性與效率有正面影響。

實驗示例

實驗設(shè)置采用三相逆變器，該逆變器由交流市電通過半波整流器供電。雖然系統(tǒng)最高可采用800 V的直流總線電壓，但本例中的直流總線電壓為320 V。正常工作時，0.5 HP感應(yīng)電機由開環(huán)V/Hz控制驅(qū)動。IGBT采用International Rectifier提供的1200 V、30 A IRG7PH46UDPBF?？刂破鞑捎?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/adi/" target="_blank">ADI的ADSP-CM408F Cortex?-M4F混合信號處理器。使用隔離式Σ-Δ AD7403調(diào)制器進行相位電流測量，使用ADuM4135實現(xiàn)隔離式柵極驅(qū)動(它是一款磁性隔離式柵極驅(qū)動器產(chǎn)品，集成去飽和檢測、米勒箝位和其它IGBT保護功能)。在電機相位之間，或在電機相位和負直流總線之間手動開關(guān)短路，進行短路測試。 本例中未測試短路至地。

控制器和電源板如圖5所示。它們均為ADI公司的ADSP-CM408F EZ-kit?6和EV-MCS-ISOINVEP-Z隔離式逆變器平臺。

實驗硬件中，通過多種方法實現(xiàn)IGBT過流和短路保護。它們分別是：

X 直流總線電流檢測(逆變器直通故障)
X 電機相位電流檢測(電機繞組故障)
X 柵極驅(qū)動器去飽和檢測(所有故障)