先介紹一些IGBT的前沿應(yīng)用

1、IGBT應(yīng)用的最大變流器是高壓直流輸變電，一條高壓直流輸變電線需要2套變流器裝置，使用的IGBT大功率模塊數(shù)量成千上萬個，模塊的單價約人民幣1萬。還需要大量的高壓大容量薄膜電容。這兩項是變流器的主要材料成本。變流器的材料成本是億元計算的。當(dāng)然，與高壓交流輸變電相比，由于節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益極其可觀。目前，國家電科院正在研發(fā)。

2、電網(wǎng)動態(tài)無功補償SVC（包含諧波治理），目前主要用于中壓（6KV――35KV）電網(wǎng)，主電路拓?fù)渑c直流輸變電類似，控制方式不同。由于電壓等級低于高壓直流輸變電，其材料成本也相對低一些。國內(nèi)有少數(shù)公司在研發(fā)。國家電科院正在研發(fā)或已經(jīng)有樣機(jī)運行。

3、高壓變頻器，驅(qū)動高壓交流電機(jī)，主流電壓等級為6KV和10KV（電機(jī)電壓等級劃分與電網(wǎng)電壓等級劃分是不一樣的），驅(qū)動電機(jī)的功率從幾百KW到幾萬KW。主要用于節(jié)能，經(jīng)濟(jì)效益好，一般運行2年之內(nèi)即可收回設(shè)備投資。已經(jīng)在國內(nèi)推廣應(yīng)用，為節(jié)能減排作出了重要貢獻(xiàn)。國家有相應(yīng)的政策支持，國內(nèi)在做高壓變頻器的公司估計遠(yuǎn)超100家，絕大多數(shù)是民營公司，由于技術(shù)門檻比較高，技術(shù)過關(guān)的不超過10家。由于新上高壓變頻器的公司太多，這方面的高端人才奇缺。大家熟知的華為也啟動了該項目。

4、電力機(jī)車牽引，鐵路機(jī)車（如高鐵），地鐵，礦山運輸電力機(jī)車，磁懸浮。這方面基本由國企壟斷。

5、新能源的（并網(wǎng)）變流器：風(fēng)能發(fā)電，太陽能發(fā)電（光伏），風(fēng)能的功率等級一般在幾兆瓦，光伏的功率等級在幾百KW。新能源的（并網(wǎng)）變流器的應(yīng)用前景很好，屬于快速增長期。

6、電動車電機(jī)調(diào)速，要求4象限運行，運行環(huán)境惡劣，寬溫度范圍，快速動態(tài)變化。能否大面積推廣取決于動力電池。

第一個問題：IGBT的過流和短路及其保護(hù)

英飛凌技術(shù)資料【短路類型及保護(hù).pdf】第四頁

縱坐標(biāo)是集電極電流與其額定電流的比值，即倍數(shù)；橫坐標(biāo)是VCE。圖中有三條不同柵極電壓的特性曲線。

首先定義1倍到2倍集電極電流為過流，此時IGBT工作在飽和區(qū)，IGBT過流是可以有條件重復(fù)發(fā)生的，條件是結(jié)溫不超過允許的最高運行結(jié)溫，時間小于1毫秒。

當(dāng)進(jìn)入放大區(qū)時，即IC不隨VCE的升高而變化時，定義為短路。短路在較長的時間內(nèi)是不允許重復(fù)的。

從過流到短路的之間的彎曲的線定義為過渡區(qū)。

柵電壓如果在13V－15V，短路時VCE＞6V，短路電流是額定電流的3－5倍，可承受的最長時間為10微秒，英飛凌確認(rèn)IGBT不會損壞，是經(jīng)過驗證的；如果柵電壓超過15V，電流就會超過5倍額定電流，10微秒，英飛凌不確認(rèn)IGBT不會損壞，未經(jīng)過驗證。

頂起！

有很多成品IGBT的驅(qū)動保護(hù)電路，IC級的有HCPL-316J、PC929等等；厚膜電路有841，57962等等；PCB板級有賽米控（西門康）、CONSEPT等等。這些IGBT的驅(qū)動保護(hù)電路都是用于短路保護(hù)的，它們共同的做法是檢測VCE，當(dāng)VCE足夠高，IGBT進(jìn)入放大區(qū)，也就是說IGBT進(jìn)入短路時，保護(hù)動作才發(fā)生。然后驅(qū)動輸出就鎖死，有些電路在一定時間（微秒或毫秒級）后自動解鎖；有些電路需要外部解鎖信號。由于IGBT短路在較長的時間內(nèi)是不允許重復(fù)的，所以，在使用可自動解鎖的電路時，外部控制電路在接收到驅(qū)動故障信號后，必需封鎖驅(qū)動信號，才能可靠保護(hù)IGBT。

這些成品IGBT的驅(qū)動保護(hù)電路的故障（短路）檢測端是通過二極管連接到IGBT的集電極，這樣就可能引入干擾，所以在二極管后通常會有RC濾波，以免誤報驅(qū)動故障。各種產(chǎn)品電路設(shè)置的保護(hù)閾值不同，閾值高則不易受干擾，保護(hù)靈敏度下降，保護(hù)動作稍微滯后。閾值低則易受干擾，保護(hù)靈敏度高，易受干擾發(fā)生誤保護(hù)。例如，HCPL316J的保護(hù)閾值為7V，很容易受干擾，因此原廠建議采用如下電路參數(shù)（Cb增加到1000P，增加Rb），增強抗干擾。而PC929的閾值為9.5V（驅(qū)動正壓+15V時），抗干擾就好得多。

這一塊知識還是在黃俊老師和王兆安老師主編的《電力電子技術(shù)》這本書學(xué)的，現(xiàn)在在詳細(xì)聽旅長的講解。

第二個問題：IGBT的尖峰電壓及其保護(hù)

大功率IGBT模塊一般不會用于單端反激電路，因此在討論這個問題時僅限于半橋、全橋和三相橋硬開關(guān)電路拓?fù)洹?/span>

IGBT在快速關(guān)斷時，集電極電流快速下降，會產(chǎn)生VCE的尖峰電壓。尖峰電壓的大小取決于多個因素，第一是關(guān)斷時的集電極電流大?。坏诙顷P(guān)斷的速度；第三是IGBT電流回路的導(dǎo)線電感；第四是IGBT接線端子到芯片引線電感。集電極電流的大小是工作狀態(tài)的需要決定的，不可改變；減慢關(guān)斷速度可以降低尖峰電壓，但是，開關(guān)損耗會明顯增加，代價是非常大的，所以一般不采納；IGBT接線端子到芯片引線電感是IGBT內(nèi)部的電感，也是我們無法改變的，但是，我們可以選擇內(nèi)部引線電感小的IGBT模塊，例如，如下圖

普通老62毫米封裝的IGBT，內(nèi)部引線電感就比較大；新型封裝如下圖，

求驅(qū)動講解

旅長：

你好，我有一個問題，以INFINEON的400A模塊為列，

根據(jù)Ic與Vce的曲線可知，當(dāng)Ic =800A時，Vce的壓降也只有3.0V

加上二極管的壓降后，316J的通態(tài)電壓檢測引腳desat也只有3.7V，

我想不明白desat引腳上的電壓為何會達(dá)到7V？

期待你的答復(fù)，謝謝。

desat引腳上的電壓為何會達(dá)到7V？

是因為干擾，你用示波器直接觀察，可以看到干擾的尖峰電壓達(dá)到了7V。

呵呵，謝謝

我還問一下，你指的干擾是由引線電感/IGBT內(nèi)部雜散電感與電容產(chǎn)生出來的，還是由于其他因素產(chǎn)生的？

呵呵，非常感謝旅長

對于316J的短路保護(hù)時間的計算，假定電源為+15V和-7.5V，

在IGBT運行前就短路，那短路響應(yīng)時間是不是

就可以采用t = -Rb*Cb*ln[(15V-7V)/(15V+7.5V)]來計算，是不是就可以忽略316J內(nèi)部的250uA的充電電流?

還是就是短路保護(hù)時間的確定，我看到過有人選用3uS，還有人用6～7uS，

我不太理解短路時不同的保護(hù)時間對IGBT影響的差異？

旅長，

變頻器中的IGBT，3個橋臂（假定為U、V、W）之間的開通與關(guān)斷存在死區(qū)時間，大約為3uS，

當(dāng)U相上半橋關(guān)閉后，延時3uS，V相上半橋才會開通，

此時U相上半橋關(guān)閉時，所產(chǎn)生的尖峰電壓已經(jīng)不存在，

316J是不是就已經(jīng)不受尖峰電壓的傳導(dǎo)干擾？

同一橋臂的上下管有死區(qū)，兩個橋臂之間是沒有死區(qū)的。

IGBT短路時會快速溫升，會影響其壽命，所以盲區(qū)時間不要太長。

旅長！

我還有一個問題，如果我的半橋中的下半橋也采用檢測Vce壓降來實現(xiàn)短路保護(hù)，母線上的尖峰電壓是如何通過二極管的結(jié)電容傳導(dǎo)至316J的檢測引腳？

現(xiàn)在假設(shè)二極管的結(jié)電容等于5PF, Cb = 1000pf, 尖峰電壓傳導(dǎo)至Cb上的電壓為

V*5PF/(5PF+1000PF) ,這里的V取值應(yīng)為峰值電壓，還是峰值電壓與母線電壓的差值？

IGBT任何兩個極之間都有電容，內(nèi)置快速二極管也有電容。干擾可以通過這些電容傳導(dǎo)到下管。

“V*5PF/(5PF+1000PF)”，這樣的計算是不準(zhǔn)確的，因為IGBT下管各電極間也有電容。

另外，一般取樣二極管的結(jié)電容有十幾P。