IGBT短路時的工作狀態(tài)介紹

IGBT結(jié)合了電力場效應(yīng)管和電力晶體管導(dǎo)通、關(guān)斷機制的優(yōu)點，相比于其他大功率開關(guān)器件，IGBT的驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、沒有二次擊穿效應(yīng)且易于并聯(lián)。大功率IGBT應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域和新能源發(fā)電系統(tǒng)，隨著變流器容量和電壓等級的提高，變流器的可靠性成為不可忽視的關(guān)鍵問題，而作為其核心的IGBT的可靠性當(dāng)然是重中之中。短路保護便是IGBT可靠性考量中的一個因素。在IGBT短路保護實驗中，由于IGBT特性和內(nèi)部寄生電感的影響，IGBT關(guān)斷過程中，電流的變化率(di/dt)非常大，應(yīng)采取措施來限制短路電流的上升率，延緩IGBT的關(guān)斷時間。

以風(fēng)電變流器為例，看看IGBT短路時的工作狀態(tài)。

IGBT短路情況時工作狀態(tài)

當(dāng)IGBT發(fā)生短路時，應(yīng)充分考慮其當(dāng)時的工作狀態(tài)。如果當(dāng)時情況下IGBT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，由于直流回路中的電感小，此時的短路電流會非常大，這是電力電子應(yīng)用中不允許發(fā)生的，所以，要通過放大區(qū)來限制IGBT在短路狀態(tài)下的電流。

短路電路中的電感量決定了IGBT的短路電流和功耗。如果電感量小，那么關(guān)斷過程中的電流變化率di/dt就會非常大，IGBT迅速進入退飽和階段，同時結(jié)溫上升；如果電感量大，那么關(guān)斷過程中，短路電流不斷上升，但是IGBT端電壓、功耗和結(jié)溫上升的卻不是很大。同時，較大的電感量會導(dǎo)致非常大的關(guān)斷電壓尖峰，這個電壓尖峰必須控制在IGBT的阻斷電壓之下，否則會導(dǎo)致IGBT失效。

IGBT在短路時，快速退飽和引起的電壓變化率dv/dt會促使IGBT的門極電壓增加，并導(dǎo)致較大的短路電流，從而導(dǎo)致功耗的增加，甚至損壞IGBT，同時，IGBT的短路情況下的集射極電壓uce將快速上升。

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