圖9　過流檢測(cè)電路

3.4.2　欠壓檢測(cè)及保護(hù)
　　一般情況下，igbt柵極電壓vge需15v才能使igbt進(jìn)入深飽和;如果vge低于13v，在大電流時(shí)，ce之間過高的導(dǎo)通壓降將使igbt芯片溫度急劇上升;當(dāng)柵極電壓低于10v，igbt將工作于線性區(qū)并且很快因過熱而燒毀;因此需要對(duì)vge的電壓進(jìn)行欠壓檢測(cè)。在2ed300c17-s、skypertmpro等全功能型驅(qū)動(dòng)器的二次側(cè)上都集成了該功能。
3.4.3　溫度檢測(cè)及保護(hù)
　　在一些公司生產(chǎn)的igbt模塊上，還集成了溫度傳感器，只需將該溫度傳感器的信號(hào)連接到驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)檢測(cè)電路上，就能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)igbt溫度的檢測(cè)。由于傳感器安放在igbt的芯片附近，可以更加真實(shí)地反映出igbt芯片的實(shí)際溫度，所以可以更加可靠地保護(hù)igbt模塊。
3.4.4　保護(hù)功能的邏輯處理
　　一旦igbt模塊出現(xiàn)了上述的任何一個(gè)故障，都需要進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，所以保護(hù)功能的邏輯處理是最關(guān)鍵的一環(huán)，也是最難于設(shè)計(jì)的一環(huán)，而且一般也是由設(shè)計(jì)工程師自己來開發(fā)完成的。它的處理原則是:當(dāng)某一只igbt出現(xiàn)了故障，要求保護(hù)邏輯處理做到:
(1)盡可能不停機(jī);
(2)要防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大;
(3)要求對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行真假的甄別。
這需要采取軟件與硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的方法來實(shí)現(xiàn)“智能保護(hù)邏輯處理”。系統(tǒng)不同，管理保護(hù)的邏輯處理設(shè)計(jì)也不同。一般采取的措施是:首先安全關(guān)斷“問題igbt”，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求判斷是否需要關(guān)斷更多的igbt，直至停機(jī)。同時(shí)要求每一個(gè)步驟都設(shè)定一個(gè)合適的延時(shí)，以便濾除偽信號(hào)。
3.5　短脈沖抑制功能
　　在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸過程中，由于干擾、計(jì)算誤差等原因會(huì)造成在驅(qū)動(dòng)信號(hào)上出現(xiàn)一些短脈沖，也叫“毛刺”;如果驅(qū)動(dòng)器按照這些短脈沖進(jìn)行相應(yīng)的igbt開關(guān)，則會(huì)造成輸出波形變差，因此必須對(duì)此類短脈沖進(jìn)行抑制。

圖10　短脈沖抑制功能

4　技術(shù)展望
4.1　門極驅(qū)動(dòng)電壓提升
　　目前igbt的開通電壓一般采用+15v電壓源驅(qū)動(dòng)，有人已經(jīng)提出發(fā)展恒流源驅(qū)動(dòng)的方法，認(rèn)為可以克服igbt的“米勒”電容效應(yīng)，使igbt的導(dǎo)通更加可靠。igbt的關(guān)斷電壓從最初的0v，到后來的-7v左右，低頻下普遍使用-15v。
4.2　逐個(gè)脈沖軟關(guān)斷
　　現(xiàn)在大部分大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路在正常運(yùn)行時(shí)的關(guān)斷方式為硬關(guān)斷，只有在出現(xiàn)過流的情況下才會(huì)采用軟關(guān)斷的方式。而在感性負(fù)載情況之下，igbt關(guān)斷之后為了保持電流的連續(xù)性，必然會(huì)有一只續(xù)流二極管導(dǎo)通，此時(shí)會(huì)在功率母線的寄生電感上產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓:δv=l×di/dt，除了寄生電感l(wèi)及關(guān)斷電流的大小影響之外，如果硬關(guān)斷越快，即dt越小，則尖峰電壓δv越高。而對(duì)于應(yīng)用在較低頻狀況下的大功率igbt，由于電流在幾百安培，所以逐個(gè)脈沖進(jìn)行軟關(guān)斷將會(huì)大大降低尖峰電壓δv，使尖峰電壓δv產(chǎn)生的干擾會(huì)大幅減小，可以提高系統(tǒng)的可靠性。一些igbt生產(chǎn)廠商也在著手開發(fā)具有軟關(guān)斷特性的igbt芯片。
4.3　過流檢測(cè)保護(hù)閾值(參考基準(zhǔn))設(shè)置方法
　　當(dāng)前大部分大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路對(duì)過流檢測(cè)的保護(hù)閾值只有一個(gè)，一般常規(guī)值設(shè)在7v～9v。為了防止誤報(bào)警，出現(xiàn)了一些不同的閾值設(shè)置方法。
　　變閾值設(shè)置方法:在igbt從截止?fàn)顟B(tài)剛剛進(jìn)入飽和狀態(tài)期間(約幾個(gè)微秒至十幾個(gè)微秒)，保護(hù)閾值可以從15v(或者更高)按照一定的曲線降至常規(guī)設(shè)置值，可以避免在此期間的擾動(dòng)的偽信號(hào)造成誤報(bào)警;
　　多閾值設(shè)置方法:為了更為符合實(shí)際的工況應(yīng)用情況，降低停機(jī)率，可以采用多閾值保護(hù)。比如igbt的飽和壓降達(dá)到第一閾值時(shí)，采用降低柵極電壓的處理方式;達(dá)到更高的第二閾值時(shí)，才徹底關(guān)斷igbt。
4.4　更加貼近驅(qū)動(dòng)對(duì)象
　　目前，針對(duì)各種工況下使用的igbt，例如高壓變頻器、ups、逆變焊機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合，均有不同的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路推出。這些驅(qū)動(dòng)器的原理大致相同，但更加貼進(jìn)各自的驅(qū)動(dòng)對(duì)象。
4.5　與智能功率模塊(ipm)分別在不同的功率領(lǐng)域并行發(fā)展
　　ipm內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，只需提供控制信號(hào)即可工作，主要應(yīng)用中小功率場(chǎng)合;而大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路一般用于大功率場(chǎng)合，對(duì)大功率的igbt進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。隨著igbt生產(chǎn)工藝，硅片技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路與ipm均在各自的功率領(lǐng)域并行發(fā)展。

5　大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路發(fā)展所受到的的限制
　　成本價(jià)格的限制，是對(duì)大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路發(fā)展的最大限制。一個(gè)好的大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路面對(duì)要解決的問題較廣泛、復(fù)雜，可靠性的要求卻非常之高。所以成本因素極大地限制了全功能型大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的發(fā)展，而價(jià)格適中的多功能型大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路是大多數(shù)工程師們的首選產(chǎn)品。對(duì)于肯在主回路上進(jìn)行電流直接取樣投資的工程師來說，單一功能的驅(qū)動(dòng)電路則是他們的首選。

6　結(jié)束語
　　大功率igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展完全是受到igbt發(fā)展的影響而發(fā)展的，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的器件乃至新型的igbt的誕生，以及新的主回路拓?fù)涞恼Q生，會(huì)出現(xiàn)更加新穎的驅(qū)動(dòng)保護(hù)技術(shù)。?

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