隔離驅(qū)動(dòng)IGBT有何意義？
關(guān)于隔離驅(qū)動(dòng)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(hù)，避免如欠壓，缺失飽和，米勒效應(yīng)，過(guò)載，短路等造成的損害。本文將為你簡(jiǎn)單介紹，供讀者參考。
1.故障保護(hù)功能有哪些？都是集成在隔離驅(qū)動(dòng)器里嗎？
三種故障保護(hù)功能都集成到Avago的高集成柵極驅(qū)動(dòng)器ACPL-33xJ里-UVLO（以避免VCC2電平不足夠時(shí)開啟IGBT），DESAT（以保護(hù)IGBT過(guò)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(fā)）。
2. 對(duì)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(hù)的柵極驅(qū)動(dòng)光耦能否僅用單電源供電來(lái)實(shí)現(xiàn)高可靠性驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)的正負(fù)供電相比較，它的可靠性會(huì)高一些還是會(huì)更遜色呢？AvagoACPL-332J，ACPL-333J以及ACPL-H342的門極驅(qū)動(dòng)光耦可以輸出電流2.5A。這些產(chǎn)品適合驅(qū)動(dòng)1200V，100A類型的IGBT。
1）當(dāng)使用負(fù)電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費(fèi)用在負(fù)電源上。
2）如果只有單電源可使用，那么設(shè)計(jì)者可以使用內(nèi)部?jī)?nèi)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(shí)，需要連接到VEE。
3.光伏逆變器需要安裝在電廠，其環(huán)境溫度相當(dāng)惡劣，光耦的工作環(huán)境溫度范圍是多少？
工作環(huán)境溫度范圍非常廣，可以達(dá)到-40°C至105°C。這個(gè)溫度范圍在工業(yè)應(yīng)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(yùn)作在擴(kuò)展溫度達(dá)到125°C。
4. 光耦絕緣耐壓多高？
不同的門極驅(qū)動(dòng)光耦具有不同的封裝。每個(gè)封裝都有其各自的特點(diǎn)，比如說(shuō)不同的爬電距離和間隙，可以配合不同的應(yīng)用，同樣也對(duì)應(yīng)于不同的工作絕緣電壓，也就是Viorm。最大Viorm區(qū)間從566V至2262V之間不等。
5. 光耦柵極驅(qū)動(dòng)器最高的輸出電流為多少？
根據(jù)選擇的器件型號(hào)，Avago的光耦門極驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流可以達(dá)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(yīng)
IGBT操作時(shí)所面臨的問(wèn)題之一就是由于米勒效應(yīng)而產(chǎn)生的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅(qū)動(dòng)器（單電源驅(qū)動(dòng)器）。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷期間，高dV/dt瞬態(tài)可誘導(dǎo)寄生IGBT道通（門集電壓尖峰），這是潛在的危險(xiǎn)。
IGBT失控時(shí)，變化規(guī)律是怎樣的？
1 過(guò)電壓失效 1．1柵極過(guò)壓
IGBT的柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電壓的保證值為正負(fù)20v，如果在它柵極和發(fā)射極之間加上超過(guò)保證值的電壓，則可能損壞IGBT，另外，如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柵極電位升高，集電極-發(fā)射極有電流流過(guò)。這時(shí)如集電極和發(fā)射極間處于高壓狀態(tài)，可能會(huì)使IGBT發(fā)熱甚至損壞。
1． 2 集電極-發(fā)射極過(guò)電壓
IGBT集電極-發(fā)射極過(guò)電壓的產(chǎn)生主要有兩種情況：一是施加到IGBT的集電極-發(fā)射極間的直流電壓過(guò)高，另一種是集電極-發(fā)射極間的浪涌電壓過(guò)高。所以實(shí)際使用過(guò)程要綜合考慮。
1．3 雜散電感過(guò)電壓
因?yàn)殡娐分须s散電感的存在，而IGBT的開關(guān)頻率較高，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)與開通時(shí)，就會(huì)產(chǎn)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(cè)電感，可算得L對(duì)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(chǎn)生的電壓疊加在Ud上，IGBT內(nèi)部是集成電路芯片，耐壓能力非常有限，如L產(chǎn)生的電壓較大，超出IGBT的集電極-發(fā)射極間耐壓值Uces，產(chǎn)生的過(guò)電壓能輕易地將IGBT擊穿。圖1-2為IGBT的過(guò)電壓波形示意圖。
IGBT過(guò)電壓示意圖形
IGBT在關(guān)斷時(shí)，由于電路中存在電感，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生尖峰電壓，假如電壓超過(guò)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(yán)格來(lái)說(shuō)，器件靜電損傷也屬于過(guò)電壓應(yīng)力損傷，靜電型過(guò)電應(yīng)力的特點(diǎn)是：電壓較高，能力較小，瞬間電流較大，但持續(xù)的時(shí)間極短，與一般的過(guò)電應(yīng)力相比，靜電型損傷經(jīng)常發(fā)生在器件運(yùn)輸、傳送、安裝等非加電過(guò)程，它對(duì)器件的損傷過(guò)程是不知不覺(jué)的，危害性很大。從靜電對(duì)器件損傷后的失效模式來(lái)看，不僅有PN結(jié)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(guò)熱損傷
過(guò)熱損壞一般是指使用IGBT的結(jié)溫Tj超過(guò)晶片的最大溫度限定，目前的IGBT器件還是以Tmax=150℃的NPT技術(shù)為主流的，為此在IGBT應(yīng)用中其結(jié)溫應(yīng)限制在該值一下。
4 過(guò)電流
4．1 擎住效應(yīng)
由于IGBT是復(fù)合器件，其體內(nèi)存在一個(gè)寄生晶閘管，在NPN管的基極和發(fā)射極之間存在一個(gè)體驅(qū)短路電阻R，在規(guī)定的漏極電流范圍內(nèi)，P型體區(qū)的橫向空穴流會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，對(duì)J3結(jié)而言相對(duì)于一個(gè)正偏置電壓。在規(guī)定的漏記電流范圍內(nèi)，NPN晶體管的正編壓不足以使NPN和PNP管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，柵極失去控制作用，便發(fā)生了鎖定效應(yīng)，它使集電極電流Ic增大，進(jìn)而造成過(guò)高的功耗而導(dǎo)致IGBT器件的損壞。
4．2 長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流運(yùn)行
IGBT長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流運(yùn)行是指IGBT的運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)反向偏置運(yùn)行安全工作區(qū)所限定的電流安全邊界，這導(dǎo)致IGBT因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流而發(fā)熱損壞。
4．3 短路
IGBT所承受的電流值達(dá)到或超過(guò)短路安全工作區(qū)所限定的最大邊界，如4-5倍額定電流時(shí)須在10us之內(nèi)關(guān)斷IGBT。如果此時(shí)IGBT所承受的最大電壓也超過(guò)器件標(biāo)稱值，IGBT必須在更短時(shí)間內(nèi)被關(guān)斷。
IGBT的短路主要有兩種：
1. IGBT從斷態(tài)直接進(jìn)入短路狀態(tài)。在短路開始時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的電壓是直流母線電壓。在集電極電流上升過(guò)程中，由于短路寄生電感上的電壓，集電極=發(fā)射極有微小的減少。當(dāng)集電極電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，集電極-發(fā)射極又等于直流母線電壓，因此，集電極=發(fā)射極電壓在整個(gè)短路期間都很大，等于直流母線電壓。
2. IGBT從正常導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入短路，由于短路的電流迅速上升，IGBT退出飽和狀態(tài)。集電極-發(fā)射極的上升產(chǎn)生流過(guò)米勒電容Cge的電流Igc，這個(gè)電流在關(guān)斷電阻上產(chǎn)生壓降，導(dǎo)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(xiàn)很大的尖峰。