IGBT过流保护技术示例介绍

滤波器，以便在检测机制中产生短暂的时间常数，过滤噪声拾取导致的滤波器杂散跳变。选择这些滤波器元件时，需在噪声抗扰度和IGBT短路耐受时间内作出反应这两者之间进行权衡。

检测到IGBT过流后，进一步的挑战便是关闭处于不正常高电流电平状态的IGBT。正常工作条件下，栅极驱动器设计为能够尽可能快速地关闭IGBT，以便最大程度降低开关损耗。这是通过较低的驱动器阻抗和栅极驱动电阻来实现的。如果针对过流条件施加同样的栅极关断速率，则集电极-发射极的di/dt将会大很多，因为在较短的时间内电流变化较大。由于线焊和PCB走线杂散电感导致的集电极-发射极电路寄生电感可能会使较大的过压电平瞬间到达IGBT(因为VLSTRAY = LSTRAY × di/dt)。因此，在去饱和事件发生期间，关断IGBT时，提供阻抗较高的关断路径很重要，这样可以降低di/dt以及一切具有潜在破坏性的过压电平。

除了系统故障导致的短路，瞬时逆变器直通同样会发生在正常工作条件下。此时，IGBT导通要求IGBT驱动至饱和区域，在该区域中导通损耗最低。这通常意味着导通状态时的栅极-发射极电压大于12 V。IGBT关断要求IGBT驱动至工作截止区域，以便在高端IGBT导通时成功阻隔两端的反向高电压。原则上讲，可以通过使IGBT栅极-发射极电压下降至0 V实现该目标。但是，必须考虑逆变器臂上低端晶体管导通时的副作用。

导通时开关节点电压的快速变化导致容性感应电流流过低端IGBT寄生密勒栅极-集电极电容(图3中的CGC)。该电流流过低端栅极驱动器(图3中的ZDRIVER)关断阻抗，在低端IGBT栅极发射极端创造出一个瞬变电压增加，如图所示。如果该电压上升至IGBT阈值电压VTH以上，则会导致低端IGBT的短暂导通，从而形成瞬态逆变器臂直通——因为两个IGBT都短暂导通。这一般不会破坏IGBT，但却能增加功耗，影响可靠性。

图3 密勒感应逆变器直通

一般而言，有两种方法可以解决逆变器IGBT的感应导通问题——使用双极性电源或额外的米勒箝位。在栅极驱动器隔离端接受双极性电源的能力为感应电压瞬变提供了额外的裕量。例如，–7.5 V负电源轨表示需要大于8.5 V的感应电压瞬变才能感应杂散导通。这足以防止杂散导通。另一种方法是在完成关断转换后的一段时间内降低栅极驱动器电路的关断阻抗。这称为米勒箝位电路。容性电流现在流经较低阻抗的电路，随后降低电压瞬变的幅度。针对导通与关断采用非对称栅极电阻，便可为开关速率控制提供额外的灵活性。所有这些栅极驱动器功能都对整个系统的可靠性与效率有正面影响。

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