IGBT驱动电路过流及短路保护措施

IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小，一般仅为几微秒至几十微秒。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短，而且使关断时电流下降率di/dt过大，由于漏感及引线电感的存在，将导致IGBT集电极过电压。该过电压可在器件内部产生锁定效应，使IGBT锁定失效，同时高的过电压会使IGBT击穿。因此，当出现短路过流时，必须采取有效的保护措施。
为了实现IGBT的短路保护，则必须进行过流检测。适用IGBT过流检测的方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的断；或者采用间接电压法，检测过流时IGBT的电压降U_CE，因为管压降中含有短路电流信息，过流时U_CE增大且基本上为线性关系，检测过流时的U_CE并与设定的阈值进行比较，比较器的输出控制IGBT驱动电路的关断。
在短路电流出现时，为了避免关断电流的di/dt过大形成过电压，导致IGBT锁定无效和损坏，以及为了降低电磁干扰，通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。在检测到过电流信号后首先是进入降栅保护程序，以降低故障电流的幅值，延长IGBT的短路承受时间。在降栅压动作后，设定一个固定延迟时间，用以判断故障电流的真实性。如在延迟时间内故障消失，则栅压自动恢复；如故障仍然存在，则进入软关断程序，使栅压降至0V以下，关断IGBT的驱动信号。由于在降栅压阶段集电极电流已减小，故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。采用软降栅压及软关断栅极驱动保护，使故障电流的幅值和下降率都能受到限制，过电压降低，IGBT的电流，电压运行轨迹能保证在安全区内。
在设计降栅压保护电路时，要正确选择降栅压幅度和速度，如果降栅压幅度大(比如7.5V)，降栅压速度不要太快，一般可采用2us下降时间的软降栅压，由于降栅压幅度大，集电极电流已经较小，在故障状态封锁栅极可快些，不必采用软关断：如果降栅压幅度较小（比如5V以下），降栅速度可快些，而封锁栅压的速度必须慢，即采用软关断，以避免过电压发生。
（1）慢降栅压的电路
通常IGBT采取的保护措施有软关断和降栅压两种。软关断是指在过流和短路时直接关断IGBT。但是，软关断抗干扰能力差，一旦检测到过流信号就关断，很容易发生误动作。为增加IGBT驱动电路保护的抗干扰能力，可在故障信号与启动保护电路之间加一定延时时间，不过故障电流会在这段延时时间内急剧上升，大大增加了功率损耗，同时还会导致器件的di/dt增大。所以往往是保护电路启动了，器件已损坏了。
降栅压旨在检测到器件过流时马上降低栅压，但IGBT器件仍维持导通。降栅压电路设有固定延时时间，若故障电流在这一延时期内被限制在一较小值，则降低了故障时IGBT器件的功耗，延长了IGBT器件抗短路的时间，而且能够降低IGBT器件关断时的di/dt，对IGBT器件保护十分有利。若延时到达后故障信号依然存在，则关断IGBT器件，若故障信号消失，驱动电路可自动恢复正常的工作状态，因而大大增强了保护电路的抗干扰能力。