隔離驅動IGBT有何意義？

　　關于隔離驅動IGBT功率器件，你了解多少呢？像IGBT這樣的功率器件，需要有充分的保護，避免如欠壓，缺失飽和，米勒效應，過載，短路等造成的損害。本文將為你簡單介紹，供讀者參考。

　　1.故障保護功能有哪些？都是集成在隔離驅動器里嗎？

　　三種故障保護功能都集成到Avago的高集成柵極驅動器ACPL-33xJ里-UVLO（以避免VCC2電平不足夠時開啟IGBT），DESAT（以保護IGBT過電流或短路），和米勒鉗位（以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發）。

　　2. 對于工作于600V直流母線的30～75A、1200V IGBT，ACPL-33x、ACPL-H342這種帶米勒鉗位保護的柵極驅動光耦能否僅用單電源供電來實現高可靠性驅動，與傳統的正負供電相比較，它的可靠性會高一些還是會更遜色呢？AvagoACPL-332J，ACPL-333J以及ACPL-H342的門極驅動光耦可以輸出電流2.5A。這些產品適合驅動1200V，100A類型的IGBT。

　　1）當使用負電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費用在負電源上。

　　2）如果只有單電源可使用，那么設計者可以使用內部內置的有源米勒箝位。

　　這兩種解決方法同樣可靠。米勒箝引腳在不使用時，需要連接到VEE。

　　3.光伏逆變器需要安裝在電廠，其環境溫度相當惡劣，光耦的工作環境溫度范圍是多少？

　　工作環境溫度范圍非常廣，可以達到-40°C至105°C。這個溫度范圍在工業應用情況下是足夠的。如果客戶需要更高的工作溫度，R2 Coupler光耦可以運作在擴展溫度達到125°C。

　　4. 光耦絕緣耐壓多高？

　　不同的門極驅動光耦具有不同的封裝。每個封裝都有其各自的特點，比如說不同的爬電距離和間隙，可以配合不同的應用，同樣也對應于不同的工作絕緣電壓，也就是Viorm。最大Viorm區間從566V至2262V之間不等。

　　5. 光耦柵極驅動器最高的輸出電流為多少？

　　根據選擇的器件型號，Avago的光耦門極驅動器最大輸出電流可以達到0.4A，0.6A，1.0A，1.5A，2.5A，3.0A，4.0A以及5.0A。

　　6. 如何避免米勒效應

　　IGBT操作時所面臨的問題之一就是由于米勒效應而產生的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅動器（單電源驅動器）。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關斷期間，高dV/dt瞬態可誘導寄生IGBT道通（門集電壓尖峰），這是潛在的危險。

　　IGBT失控時，變化規律是怎樣的？

　　1 過電壓失效 1．1柵極過壓

　　IGBT的柵極-發射極驅動電壓的保證值為正負20v，如果在它柵極和發射極之間加上超過保證值的電壓，則可能損壞IGBT，另外，如IGBT的柵極與發射極間開路，而在其集電極與發射極之間加上電壓，則隨著集電極電極電位的變化，由于柵極與集電極和發射極之間寄生電容的存在柵極電位升高，集電極-發射極有電流流過。這時如集電極和發射極間處于高壓狀態，可能會使IGBT發熱甚至損壞。

　　1． 2 集電極-發射極過電壓

　　IGBT集電極-發射極過電壓的產生主要有兩種情況：一是施加到IGBT的集電極-發射極間的直流電壓過高，另一種是集電極-發射極間的浪涌電壓過高。所以實際使用過程要綜合考慮。

　　1．3 雜散電感過電壓

　　因為電路中雜散電感的存在，而IGBT的開關頻率較高，當IGBT關斷時與開通時，就會產生很大的電壓，威脅到IGBT的安全如圖1-1所示出了IGBT的雜散電感和雜散電容。IGBT的外部電感L主要是指IGBT直流側電感，可算得L對加在IGBT集射電壓的影響為：

　　IGBT雜散電感和雜散電容的示意圖

　　其中Ud為直流電壓電容，di/dt為IGBT的電流變化率。

　　雜散電感L產生的電壓疊加在Ud上，IGBT內部是集成電路芯片，耐壓能力非常有限，如L產生的電壓較大，超出IGBT的集電極-發射極間耐壓值Uces，產生的過電壓能輕易地將IGBT擊穿。圖1-2為IGBT的過電壓波形示意圖。

　　IGBT過電壓示意圖形

　　IGBT在關斷時，由于電路中存在電感，關斷瞬間產生尖峰電壓，假如電壓超過額器件的最高的峰值電壓，將可能造成IGBT擊穿。

　　2 靜電損傷

　　嚴格來說，器件靜電損傷也屬于過電壓應力損傷，靜電型過電應力的特點是：電壓較高，能力較小，瞬間電流較大，但持續的時間極短，與一般的過電應力相比，靜電型損傷經常發生在器件運輸、傳送、安裝等非加電過程，它對器件的損傷過程是不知不覺的，危害性很大。從靜電對器件損傷后的失效模式來看，不僅有PN結劣化擊穿、表面擊穿等高壓小電流型的失效模式，也有金屬化、多晶硅燒毀等大電流失效模式。

　　3 過熱損傷

　　過熱損壞一般是指使用IGBT的結溫Tj超過晶片的最大溫度限定，目前的IGBT器件還是以Tmax=150℃的NPT技術為主流的，為此在IGBT應用中其結溫應限制在該值一下。

　　4 過電流

　　4．1 擎住效應

　　由于IGBT是復合器件，其體內存在一個寄生晶閘管，在NPN管的基極和發射極之間存在一個體驅短路電阻R，在規定的漏極電流范圍內，P型體區的橫向空穴流會產生一定的壓降，對J3結而言相對于一個正偏置電壓。在規定的漏記電流范圍內，NPN晶體管的正編壓不足以使NPN和PNP管處于飽和狀態，于是寄生晶閘管開通，柵極失去控制作用，便發生了鎖定效應，它使集電極電流Ic增大，進而造成過高的功耗而導致IGBT器件的損壞。

　　4．2 長時間過流運行

　　IGBT長時間過流運行是指IGBT的運行指標達到或超過反向偏置運行安全工作區所限定的電流安全邊界，這導致IGBT因為長時間過電流而發熱損壞。

　　4．3 短路

　　IGBT所承受的電流值達到或超過短路安全工作區所限定的最大邊界，如4-5倍額定電流時須在10us之內關斷IGBT。如果此時IGBT所承受的最大電壓也超過器件標稱值，IGBT必須在更短時間內被關斷。

　　IGBT的短路主要有兩種：

　　1. IGBT從斷態直接進入短路狀態。在短路開始時，集電極和發射極之間的電壓是直流母線電壓。在集電極電流上升過程中，由于短路寄生電感上的電壓，集電極=發射極有微小的減少。當集電極電流達到穩態時，集電極-發射極又等于直流母線電壓，因此，集電極=發射極電壓在整個短路期間都很大，等于直流母線電壓。

　　2. IGBT從正常導通狀態進入短路，由于短路的電流迅速上升，IGBT退出飽和狀態。集電極-發射極的上升產生流過米勒電容Cge的電流Igc，這個電流在關斷電阻上產生壓降，導致IGBT的柵極電壓在短路瞬間升高，使短路電流在柵極電壓回落到正常值之前出現很大的尖峰。