逆變電源是一種較為常見的電流轉(zhuǎn)換電源，它能夠?qū)⑵胀ǖ闹绷麟娹D(zhuǎn)換為所需的交流電。在逆變電源的H橋當(dāng)中，有時需要將電路中的MOS管替換為IGBT。但在替換之后的開機(jī)帶載很有可能發(fā)生炸機(jī)。

 

想要避免這種情況，可以從峰值電流保護(hù)入手，做好驅(qū)動和保護(hù)就能保證IGBT不會爆炸，本篇文章詳解了這種逆變H橋IGBT單管驅(qū)動保護(hù)的方法，希望能對大家有所幫助。

 

被人們熟知的逆變電源H橋電路，也可稱為逆變電源的后級。本設(shè)計(jì)中需要加上IGBT，同樣電流容量的IGBT單管，比同樣電流容量的MOSFET要脆弱，也就是說，在逆變H橋里同樣的電流容量下，MOSFET的承受能力要比IGBT高。

 

也許有的朋友會認(rèn)為一個IRFP460，20A/500V的MOSFET，再加上SGH40N60UFD 40A/600V的IGBT應(yīng)該足以防止爆炸的發(fā)生，但實(shí)際情況卻是，帶載之后突然加負(fù)載和撤銷負(fù)載，之后就炸機(jī)了。

 

通過不斷的實(shí)踐后，其實(shí)只要遵循特定的規(guī)律，完全可以防止炸機(jī)的發(fā)生。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：驅(qū)動電路；電流采集電路；保護(hù)機(jī)制。

 

 

這次采用的IGBT為IXGH48N60B3D1，驅(qū)動電路如下：

圖1 IXGH48N60B3D1驅(qū)動電路圖

 

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。

 

從整體來看，這個電路并沒有保護(hù)，用在逆變電源上肯定會炸機(jī)。所以我們要做的就是將這個電路的實(shí)質(zhì)摸清楚。

 

在圖1當(dāng)中，驅(qū)動電阻R2在驅(qū)動里頭非常重要，D1配合關(guān)閉的時候，讓IGBT的CGE快速的放電，但在這里需要說明的是，這個D1可以根據(jù)需要進(jìn)行添加，可在D1回路里頭串聯(lián)一個電阻做0FF關(guān)閉時候的柵極電阻。

 

圖2

 

圖2是波形圖，是在不同的柵極電阻下，與*HV+400V共同產(chǎn)生作用的時上下2個IGBT柵極的實(shí)際情況。

 

圖2（a）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。在不加DC400V情況下測量2管G極波形，圖2（b）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(shí)這個和MOSFET十分接近。

 

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。

圖3

 

如圖3所示，當(dāng)上管開通的時候，此時是截止的，由于上管開通的時候，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)電流圖3有公式計(jì)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，都還沒有提到米勒電容的概念，但是只要理解了這些，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(shí)際上已經(jīng)到7V電壓，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。管子不會炸但會發(fā)熱，隨著傳輸?shù)墓β试酱螅@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。

 

 

經(jīng)過上面的步驟，講到電源保護(hù)已經(jīng)不遠(yuǎn)了。建議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。這里需要注意的問題是如何讓IGBT迅速安全的關(guān)閉。

 

這個電路該如何實(shí)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。真正實(shí)際應(yīng)用過，測試過的電路（專用驅(qū)動芯片例外），這是因?yàn)槊糠N實(shí)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(yàn)做調(diào)整。

 

可以使用圖4這種電路，采用電阻檢測電流，短路來時可以在電阻上產(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。

圖4

 

圖4原理非常簡單，就一個比較的作用，大家實(shí)現(xiàn)起來會非常容易，沒有多少參數(shù)可以調(diào)整的。圖4中采樣H橋?qū)Φ氐碾娏?，舉個例子：如果IGBT是40A，可以采取2倍左右的峰值電流，也就是80A，對應(yīng)圖4，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(shí)際中請另外計(jì)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*大功率的驅(qū)動電路。

 

如果采取硬關(guān)閉，可能會造成*DC上的電壓過沖，比如第一圖中的DC400V*可能變成瞬間變成DC600V也說不定，一些資料上的記載讓人非常難以理解。

 

如果大家難以理解，可以做個試驗(yàn)，以水塔為例，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，會聽到水管子有響聲，連水管子都會要震動一下，管子能抗過去，比如在直流*母線上并聯(lián)了非常好的吸收電容，有多重吸收電路等等……

 

否則，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。

 

至關(guān)重要的是，在對逆變電源的IGBT進(jìn)行檢測的時候一定要眼疾手快，在檢測時也是如此，在檢測完成之后要盡快關(guān)閉。這樣才能保證IGBT不會被燒毀。本篇文章從電路開始講起，針對于逆變電源的IGBT的炸機(jī)問題，從波形、電流采集電路這幾個方面給出了經(jīng)驗(yàn)建議，希望大家能從中獲得炸機(jī)的解決方法。