在中大功率的開關(guān)電源裝置中,，IGBT由于其控制驅(qū)動(dòng)電路簡單,、工作頻率較高,、容量較大的特點(diǎn)，已逐步取代晶閘管或GTO,。但是在開關(guān)電源裝置中,，由于它工作在高頻與高電壓、大電流的條件下,，使得它容易損壞,，另外，電源作為系統(tǒng)的前級(jí),，由于受電網(wǎng)波動(dòng),、雷擊等原因的影響使得它所承受的應(yīng)力更大，故IGBT的可靠性直接關(guān)系到電源的可靠性,。因而,，在選擇IGBT時(shí)除了要作降額考慮外，對(duì)IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)也是電源設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)環(huán)節(jié),。

1 IGBT的工作原理

       IGBT的等效電路,。若在IGBT的柵極和發(fā)射極之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則MOSFET導(dǎo)通,，這樣PNP晶體管的集電極與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通;若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V,，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給,，使得晶體管截止,。

    由此可知，IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：

　　——IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;
　　——IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;
　　——流過IGBT集電極－發(fā)射極的電流;
　　——IGBT的結(jié)溫,。

       如果IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓,，即驅(qū)動(dòng)電壓過低，則IGBT不能穩(wěn)定正常地工作,，如果過高超過柵極－發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣,，如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極－發(fā)射極之間的耐壓，流過IGBT集電極－發(fā)射極的電流超過集電極－發(fā)射極允許的最大電流,，IGBT的結(jié)溫超過其結(jié)溫的允許值,，IGBT都可能會(huì)永久性損壞。

       絕緣柵雙極型晶體管IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件,，其輸入極為MOSFET,，輸出極為PNP晶體管，因此,，可以把其看作是MOS輸入的達(dá)林頓管,。它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動(dòng)簡單和快速的優(yōu)點(diǎn),，又具有雙極型器件容量大的優(yōu)點(diǎn),，因而,，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

       在中大功率的開關(guān)電源裝置中,，IGBT由于其控制驅(qū)動(dòng)電路簡單,、工作頻率較高、容量較大的特點(diǎn),，已逐步取代晶閘管或GTO,。但是在開關(guān)電源裝置中，由于它工作在高頻與高電壓,、大電流的條件下,，使得它容易損壞，另外,，電源作為系統(tǒng)的前級(jí),，由于受電網(wǎng)波動(dòng)、雷擊等原因的影響使得它所承受的應(yīng)力更大,，故IGBT的可靠性直接關(guān)系到電源的可靠性,。因而，在選擇IGBT時(shí)除了要作降額考慮外,，對(duì)IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)也是電源設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)環(huán)節(jié),。

2．1 IGBT柵極的保護(hù)

　　IGBT的柵極－發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電壓VGE的保證值為±20V，如果在它的柵極與發(fā)射極之間加上超出保證值的電壓,，則可能會(huì)損壞IGBT,，因此，在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)當(dāng)設(shè)置柵壓限幅電路,。另外,，若IGBT的柵極與發(fā)射極間開路，而在其集電極與發(fā)射極之間加上電壓,，則隨著集電極電位的變化，由于柵極與集電極和發(fā)射極之間寄生電容的存在,，使得柵極電位升高,，集電極－發(fā)射極有電流流過。這時(shí)若集電極和發(fā)射極間處于高壓狀態(tài)時(shí),，可能會(huì)使IGBT發(fā)熱甚至損壞,。如果設(shè)備在運(yùn)輸或振動(dòng)過程中使得柵極回路斷開，在不被察覺的情況下給主電路加上電壓,，則IGBT就可能會(huì)損壞,。為防止此類情況發(fā)生，應(yīng)在IGBT的柵極與發(fā)射極間并接一只幾十kΩ的電阻,，此電阻應(yīng)盡量靠近柵極與發(fā)射極,。

       由于IGBT是功率MOSFET和PNP雙極晶體管的復(fù)合體,，特別是其柵極為MOS結(jié)構(gòu)，因此除了上述應(yīng)有的保護(hù)之外,，就像其他MOS結(jié)構(gòu)器件一樣,，IGBT對(duì)于靜電壓也是十分敏感的，故而對(duì)IGBT進(jìn)行裝配焊接作業(yè)時(shí)也必須注意以下事項(xiàng)：

       ——在需要用手接觸IGBT前,，應(yīng)先將人體上的靜電放電后再進(jìn)行操作,，并盡量不要接觸模塊的驅(qū)動(dòng)端子部分，必須接觸時(shí)要保證此時(shí)人體上所帶的靜電已全部放掉;

       ——在焊接作業(yè)時(shí),，為了防止靜電可能損壞IGBT,，焊機(jī)一定要可靠地接地。

2．2 集電極與發(fā)射極間的過壓保護(hù):

       過電壓的產(chǎn)生主要有兩種情況,，一種是施加到IGBT集電極－發(fā)射極間的直流電壓過高,，另一種為集電極－發(fā)射極上的浪涌電壓過高。

2.2.1 直流過電壓

　　直流過壓產(chǎn)生的原因是由于輸入交流電源或IGBT的前一級(jí)輸入發(fā)生異常所致,。解決的辦法是在選取IGBT時(shí),，進(jìn)行降額設(shè)計(jì);另外，可在檢測出這一過壓時(shí)分?jǐn)郔GBT的輸入,，保證IGBT的安全,。

2.2.2 浪涌電壓的保護(hù)

       因?yàn)殡娐分蟹植茧姼械拇嬖冢又甀GBT的開關(guān)速度較高,，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)及與之并接的反向恢復(fù)二極管逆向恢復(fù)時(shí),，就會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電壓Ldi/dt，威脅IGBT的安全,。

　　如果VCESP超出IGBT的集電極－發(fā)射極間耐壓值VCES,，就可能損壞IGBT。解決的辦法主要有：

——在選取IGBT時(shí)考慮設(shè)計(jì)裕量;

——在電路設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整IGBT驅(qū)動(dòng)電路的Rg,，使di/dt盡可能小;

——盡量將電解電容靠近IGBT安裝,，以減小分布電感;

——根據(jù)情況加裝緩沖保護(hù)電路，旁路高頻浪涌電壓,。

       由于緩沖保護(hù)電路對(duì)IGBT的安全工作起著很重要的作用,，在此將緩沖保護(hù)電路的類型和特點(diǎn)作一介紹。

　    采用薄膜電容,，靠近IGBT安裝,，其特點(diǎn)是電路簡單，其缺點(diǎn)是由分布電感及緩沖電容構(gòu)成LC諧振電路,，易產(chǎn)生電壓振蕩,，而且IGBT開通時(shí)集電極電流較大。

       A其特點(diǎn)是適合于斬波電路，但在使用大容量IGBT時(shí),，必須使緩沖電阻值增大,，否則，開通時(shí)集電極電流過大,，使IGBT功能受到一定限制,。

       與RC緩沖電路相比其特點(diǎn)是，增加了緩沖二極管從而使緩沖電阻增大,，避開了開通時(shí)IGBT功能受阻的問題,。
　　該緩沖電路中緩沖電阻產(chǎn)生的損耗為

       式中：L為主電路中的分布電感;