典型IGBT短路保护电路
IGBT驱动电路原理与保护电路
IGBT驱动电路原理与保护电路IGBT（Insulated-Gate Bipolar Transistor）驱动电路主要由三部分组成：信号隔离部分、驱动信号放大部分和保护电路。
信号隔离部分是将输入信号与输出信号进行隔离，防止输入信号中的噪声和干扰对输出信号产生影响。
常用的信号隔离方法有变压器隔离、光电隔离和互感器隔离等。
其中，光电隔离是最常用的方法之一，它通过输入端的光电耦合器将电信号转换成光信号，通过光电隔离再将光信号转换为电信号输出。
这样可以有效防止输入信号中的噪声和干扰对输出信号产生干扰，提高系统的稳定性和可靠性。
驱动信号放大部分是将输入信号进行放大，以驱动IGBT的门极电压，控制IGBT的导通和关断。
驱动信号放大部分一般采用功放电路，常用的放大器有晶体管放大器和运放放大器。
通过合理选择放大器的工作点和增益，可以将输入信号进行适当放大，提高系统的灵敏度和响应速度，以确保IGBT的正常工作。
保护电路是为了保护IGBT免受电路中的过电流、过电压等异常情况的损害而设计的。
保护电路一般包括过流保护、过压保护、过温保护和短路保护等功能。
过流保护通过在电路中增加电流传感器来检测电流的变化，一旦电流超过设定值就会触发保护，例如通过切断电源来防止IGBT损坏。
过压保护通过在电路中增加电压传感器来检测电压的变化，一旦电压超过设定值就会触发保护，例如通过切断电源来防止IGBT损坏。
过温保护通过在IGBT芯片上增加温度传感器来检测芯片温度的变化，一旦温度超过设定值就会触发保护，例如通过减小驱动信号的幅度来降低功耗和温度。
短路保护通过在电路中增加短路检测电路，一旦检测到短路就会触发保护，例如通过立即切断电源来防止IGBT损坏。
总之，IGBT驱动电路的原理是通过信号隔离部分将输入信号与输出信号进行隔离，通过驱动信号放大部分将输入信号进行放大，以驱动IGBT的门极电压，控制其导通和关断。
同时，通过保护电路对IGBT进行多重防护，保证其在电路异常情况下的正常工作，提高系统的可靠性和稳定性。
几种IGBT驱动电路的保护电路原理图
几种IGBT驱动电路的保护电路原理图第一种驱动电路EXB841/840EXB841工作原理如图1,当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT 正常开通，VCE下降至3V左右，6脚电压被钳制在8V左右，由于VS1稳压值是13V,所以不会被击穿，V3不导通，E点的电位约为20V,二极管VD,截止，不影响V4和V5正常工作。
当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通，V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT 栅极电荷通过V5迅速放电，引脚3电位下降至0V,是IGBT 栅一射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断，同时VCE的迅速上升使引脚6悬空.C2的放电使得B点电位为0V,则V S1仍然不导通，后续电路不动作，IGBT正常关断。
如有过流发生，IGBT的V CE过大使得VD2截止，使得VS1击穿，V3导通，C4通过R7放电，D点电位下降，从而使IGBT的栅一射间的电压UGE降低,完成慢关断，实现对IGBT的保护。
由EXB841实现过流保护的过程可知，EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电压，6脚的电压不仅与VCE 有关，还和二极管VD2的导通电压Vd有关。
典型接线方法如图2,使用时注意如下几点：a、IGBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长(一般应该小于1m)，并且应该采用双绞线接法，防止干扰。
b、由于IGBT集电极产生较大的电压尖脉冲，增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全工作。
但是栅极电阻RG不能太大也不能太小，如果RG增大，则开通关断时间延长，使得开通能耗增加;相反，如果RG太小，则使得di/dt增加，容易产生误导通。
c、图中电容C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电压变化，并不是电源的供电滤波电容，一般取值为47 F.d、6脚过电流保护取样信号连接端，通过快恢复二极管接IGBT集电极。
e、14、15接驱动信号，一般14脚接脉冲形成部分的地，15脚接输入信号的正端，15端的输入电流一般应该小于20mA,故在15脚前加限流电阻。
解析IGBT管特点_工作原理与保护电路_一_
伏上升到电源电压（在此期间通态电流保持不变），产 相关时，把导通损耗定义为功率损耗是可行的。这三者
生很大的电压应力 ｄｕ／ｄｔ，这将严重地威胁到 ＩＧＢＴ 管长期工作的可靠性。在电路设计中，通过在栅极驱动
之间的表达式为：Ｐｃｏｎｄ＝ＵＣＥ×ＩＣ。开关损耗与 ＩＧＢＴ 管 的换向有关，但是主要与工作时的总能量消耗 Ｅｔｓ 相
少子导电器件，开关特性受少子的注入和复合以及栅 度地降低功耗，根据终端设备的频率以及应用中的电
极驱动条件的影响较大。在实践中，考虑到电容的密勒 平特性，应选择不同的器件。
效应，栅极驱动电路的驱动能力应大于手册中规定值
6. IGBT管损坏的原因及对策
的 ２～３ 倍。
ＩＧＢＴ 管在使用过程中，经常受到容性或感性负载的
（５）安全工作区特性。少子器件在大电流高电压开 冲击，发生过负荷甚至负载短路等，可能导致 ＩＧＢＴ 管损
二代大功率IGBT短路保护和有源钳位电路设计
Ｏ 引 言
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ模块 耐压高 、 电流大 、 饱和压降低 、 工作频率高 ， 是 大功率逆变 器 、 电源等 电力 电子 装置 的首 选功 率器 件。但
Ｉ ｃ 最大值约为 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ额定 电流 的 ４倍。
（ ２ ）门极电压可以强烈地影 响 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ短路 电流 的数值。
从图 １ 可以看出 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的特性 ：
（ １ ）Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ在某 门极 电压下 ， 电流 Ｉ ｃ被限制在～定高度 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ０ ７
作者简介 ： 刘革 菊（ １ ９ ６ ９ －） ， 女， 山西夏县人 ， 工程师， 研究生 ， 专业方向 ： 自动化控制 。
山西 电子技术 ２ ０ １ ３年 第 １期
文章 编号 ： １ ６ ７ ４ － ４ ５ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ２ ０ — ０ ４
应 用 实 践
二 代 大功 率 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ短路 保 护 和 有 源钳位 电路 设 计
刘革菊
（ 国营大众机械 厂 第一研 究所 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
１ ． ３ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 短 路 与 过流 分 析
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ抗过载能力不高 ， 设计发挥 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 性能 、 高可靠性的 Ｉ Ｇ － Ｂ Ｔ驱动电路 ， 是设计者 必须考虑 的问题 。本文从应 用角度 ，
分析 了 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的特 性 和短路特 性 ， 以瑞士 Ｃ Ｏ Ｎ Ｃ Ｅ Ｔ 公 司最 Ｐ
的ｄ ｉ ／ ｄ ｔ 、 过高 的结 温 等 ， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ驱 动 电路 能保 护 的项 目有 ：
IGBT保护电路设计[方案]
![IGBT保护电路设计[方案]](https://img.taocdn.com/s3/m/429c27c432d4b14e852458fb770bf78a65293a7a.png)
关于IGBT保护电路设计必知问题绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Tramistor，IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、开关频率高、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点．是取代GTR的理想开关器件。
IGBT目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。
IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以合理的驱动电路对整机显得很重要，但是如果控制不当，它很容易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT 的驱动和短路保护问题，就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。
二IGBT的驱动要求和过流保护分析1 IGBT的驱动IGBT是电压型控制器件，为了能使IGBT安全可靠地开通和关断．其驱动电路必须满足以下的条件：IGBT的栅电容比VMOSFET大得多，所以要提高其开关速度，就要有合适的门极正反向偏置电压和门极串联电阻。
（1）门极电压任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给出的限定值（一般为20v），最佳门极正向偏置电压为15v土10％。
这个值足够令IGBT饱和导通；使导通损耗减至最小。
虽然门极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但是为了减小关断时间，提高IGBT的耐压、dv／dt耐量和抗干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时．可在门极与源极之间加一个-5~-15v的反向电压。
（2）门极串联电阻心选择合适的门极串联电阻Rg对IGBT的驱动相当重要，Rg对开关损耗的影响见图1。
图1 Rg对开关损耗的影响IGBT的输入阻抗高压达109~1011，静态时不需要直流电流．只需要对输入电容进行充放电的动态电流。
其直流增益可达108~109，几乎不消耗功率。
为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减少IGBT集电极大的电压尖脉冲，需在栅极串联电阻Rg，当Rg 增大时，会使IGBT的通断时间延长，能耗增加；而减少RF又会使di／dt增高，可能损坏IGBT。
IGBT——过流、短路保护
IGBT——过流、短路保护短路与过流之前我们介绍过IGBT的短路测试，今天我们来聊聊IGBT短路和过流时该如何保护。
首先一点，对IGBT的过流或短路保护响应时间必须快，必须在10us以内完成。
一般来说，过电流是IGBT电力电子线路中经常发生的故障和损坏IGBT的主要原因之一，过流保护应当首先考虑。
过流与短路保护是两个概念，它们既有联系也有区别。
过流大多数是指某种原因引起的负载过载；短路是指桥臂直通，或主电压经过开关IGBT的无负载回路，它们的保护方法也有一定区别。
如过流保护常用电流检也传感器，短路保护常通过检测IGBT饱和压降，配合驱动电路来实现。
不同的功率有不同的方法来实现过流或短路保护。
短路分为一类及二类两种，但这两种短路都有一个共同点，那就是，IGBT会出现“退饱和现象”，当IGBT一旦退出饱和区，它的损耗会成百倍的往上升，那么允许持续这种状态的时会非常苛刻了，只有10us，我们需要靠驱动器发现这一行为并关掉门极。
IGBT过流的情况则是，回路电感较大，电流爬升很慢（相对于短路），IGBT不会发生退饱和现象，但是由于电流比正常工况要高很多，因此经过若干个开关周期后，IGBT的损耗也会比较高，结温也会迅速上升，从而导致失效。
在这时，IGBT驱动器一般是不能及时发现这一现象的，因为IGBT的饱和压降的变化很微弱，驱动器通常识别不到这种变化。
所以需要靠电流传感器来感知电流的数值，对系统进行保护。
所以，我们认为，IGBT驱动器是为了解决短路保护，而过流保护则是由电流传感器来完成。
IGBT发生短路时，描述短路电流的数学表达式如下，这是一个线性方程。
它表示，在短路发生时，电流的绝对值与电压，回路中的电感量，及整个过程持续的时间有关系。
绝大部分的短路母线电压都是在额定点的影响短路电流的因素主要是“短路回路中的电感量”。
因此对短路行为进行分类定义时，短路回路中的电感量是主要的分类依据。
如果短路回路中的电感量再继续增大，那么电流变化率就变得更低，此时就不是短路了，变成“过流”了。
IGBT保护电路
1．3．2 IGBT短路保护电路策略从IGBT短路波形图可知，当IGBT短路发生时，电流上升至IGBT的4倍额定电流，驱动保护电路要将这个电流关断，这时的电流值比逆变器正常电流高4倍以上，势必产生很高的电压尖峰。
为了防止电压尖峰损坏IGBT，需要引入有源钳位电路。
因此，大功率IGBT短路保护电路的控制策略：(1)短路保护电路；(2)有源钳位电路。
1．3．3 大功率IGBT驱动电路的设计规范大功率IGBT驱动电路的设计规范：(1)采用隔离变压器；(2)采用Vcesat饱和压降进行短路检测和管理，包括软关断动作，以及采用不同的门极电阻进行开通和关断。
由于大功率IGBT驱动电路复杂，本文以瑞士CONCEPT公司最新推出的第二代SCALE-2模块2SC0435T作为核心部件，设计驱动电路。
与第一代SCALE-1模块2SD315A比较，2SC0435T改进了短路保护功能，增加了有源钳位功能。
2 大功率IGBT短路保护电路设计2．1 SCALE模块的内部结构SCALE模块内部主要由三个功能模块构成，即逻辑驱动转化接口LDI、电气隔离模块和智能栅极驱动IGD。
第一个功能模块是由辅助电源和信号输入两部分组成。
其中信号输入部分主要将控制器的PWM信号进行整形放大，并根据需要进行控制，之后传递到信号变压器，同时检测从信号变压器返回的故障信号，将故障信号处理后发送到故障输出端；辅助电源的功能是将输入的直流电压经过单端反激式变换电路，转换成两路隔离电源供给输出驱动放大器使用。
第二个功能模块是电气隔离模块，由两个传递信号的脉冲变压器和传递功率的电源变压器组成。
防止功率驱动电路中大电流、高电压对一次侧信号的干扰。
第三个功能模块是驱动信号输出模块，IGD主要对信号变压器的信号进行解调和放大，对IGBT的短路和过流进行检测，并进行故障存储和短路保护。
2．2 一代SCALE-1短路保护电路图3所示为CONCEPT第一代SCALE-1的经典IGBT保护电路，工作原理是：(1)当IGBT关断时，T1导通，电流源1被T1旁路，Ca的点位被钳在低位，比较器不翻转。
IGBT短路原因及其保护措施
IGBT短路原因及其保护措施工作时，外部事故或者硬件/软件的错误会导致短路。
根据短路发生的时间点与IGBT工作状态的不同，可以分为以下两种短路：·SC1短路，IGBT开通前已经发生短路；·SC2短路，IGBT开通后发生短路。
实际短路电流常常超过IGBT数据手册中标注的短路电流l SC，这是由于实际工况往往超规格书给定条件。
通常这些给定条件包括栅极电压U GE为15V，最大结温T vi,op(125℃或150℃)，特定的直流母线电压UDC和最大持续时间。
由此产生的短路电流存在以下关系：如果T vi,op升高，则l SC下降；如果U DC或U GE增大，则l CS增大。
l SC=f(T vi,op↑↓，U DC↑↓，U GE↑↓)(1)控制T vi,op和U DC相对容易，而控制U GE很困难，这是由于IGBT的反馈电容C GC(密勒电容)造成的。
短路时，IGBT集电极和发射极之间出现高电压变化率dU CE/dt。
特别是在SC2短路中，IGBT从低导通压降U CEsat的饱和状态迅速进入退饱和状态，从而几乎承受全部直流母线电压U DC与换流路径杂散电感造成的过冲电压之和。
电压突变产生反馈电流I GC，其可能导致IGBT栅极电容进一步充电，导致栅极电压升高甚至超过驱动电路产生的标称栅极电压。
根据IGBT的跨导，随着栅极电压的提升，集电极电流相应增加(不受外部条件的限制)。
数据手册中的转移特性描述了这种对应关系，一般给出最高到两倍标称电流I nom的曲线，如图1所示。
图1摘自450A IGBT模块数据手册的转移特性I c=f(U GE)限制IGBT栅极电压对于限制短路电流非常重要。
为了实现该目的，可以采用以下措施：·使用较小的栅极电阻R G，这会降低由电流I GC引起的压降，从而抑制栅极电压；·添加外部栅-射极电容。
电流l GC需对更大的门极电容充电，但IGBT模块内部电阻R gint使得内外电容解耦，从而限制了这种措施带来的好处；·通过快速齐纳二极管限制栅-射极电压。
IGBT驱动电路原理与保护电路
IGBT驱动电路原理与保护电路IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）驱动电路是一种用于控制和驱动IGBT器件的电路，用于将低功率信号转化为高功率信号，以实现对IGBT器件的控制。
IGBT驱动电路通常由输入电路、隔离电路、输出电路和保护电路组成。
下面将详细介绍IGBT驱动电路的原理和保护电路的作用。
IGBT驱动电路的主要工作原理是通过输入信号的变化来控制IGBT的通断，从而实现对高功率负载的控制。
IGBT驱动电路一般采用CMOS电路设计，以确保高噪声抑制和良好的电磁兼容性。
常见的IGBT驱动电路分为光耦隔离和变压器隔离两种。
光耦隔离驱动电路是将输入信号与输出信号通过光电耦合器隔离，在高功率环境下提供了良好的隔离和保护。
光电耦合器的输入端通常由输入信号发生器驱动，而输出端则连接到IGBT的控制极，实现信号的传输和控制。
光耦隔离驱动电路在功率轻载和带负载的情况下都能提供良好的电气隔离，提高了系统的可靠性和稳定性。
变压器隔离驱动电路是通过变压器来实现输入和输出信号的隔离。
输入信号通过变压器的一侧传输，然后通过变压器的另一侧连接到IGBT的控制极。
变压器隔离驱动电路具有较高的耐受电压和电流能力，并能抵御噪声和干扰的影响。
IGBT保护电路的作用：IGBT是一种高功率开关设备，在工作过程中容易受到电流过大、电压过高、温度过高等因素的影响，导致过热、短路甚至损坏。
因此，为了保护IGBT设备的正常工作和延长其使用寿命，需要在IGBT驱动电路中添加一些保护电路。
常见的IGBT保护电路包括过流保护、过压保护和过温保护。
过流保护电路通过检测IGBT芯片上的电流大小来保护器件的工作。
当电流超过预设值时，保护电路会通过切断电源或降低输入信号的方式来阻止过大电流通过IGBT。
这样可以防止IGBT芯片发生过热和失效。
过压保护电路通过监测IGBT器件上的电压来保护该器件的工作。
当电压超过正常工作范围时，保护电路会通过切断电源或降低输入信号的方式来阻止过高电压对IGBT芯片的损害。
最简单的短路保护电路图汇总（六款模拟电路设计原理图详解）
最简单的短路保护电路图汇总（六款模拟电路设计原理图详解）最简单的短路保护电路图（一）简易交流电源短路保护电路交流电源电压正常时，继电器吸合，接通负载（Rfz）回路。
当负载发生短路故障时，KA两端电压迅速下降，KA释放，切断负载回路。
同时，发光二极管VL点亮，指示电路发生短路。
最简单的短路保护电路图（二）这是一个自锁的保护电路，短路时：Q3极被拉低，Q2导通，形成自锁，迫使Q3截止，Q3截至后面负载没有电压，这时有没有负载已经没有关系了，所以即使拿掉负载也不会有输出。
要想拿掉负载后恢复输出，可以在Q3得CE结上接一个电阻，取1K左右。
C2和C3很重要，在自锁后，重启电路就靠这两个电容，否则启动失败。
原理是上电时，电容两端电压不能突变，C2使得Q2基极在上电瞬间保持高电平，使得Q2不导通。
C3则使得上电瞬间Q3基极保持低电平，使得Q3导通Vout有电压。
这样R5位高电平，锁住导通。
最简单的短路保护电路图（三）缺相保护电路由于电网自身原因或电源输入接线不可靠，开关电源有时会出现缺相运行的情况，且掉相运行不易被及时发现。
当电源处于缺相运行时，整流桥某一臂无电流，而其它臂会严重过流造成损坏，同时使逆变器工作出现异常，因此必须对缺相进行保护。
检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。
由于电流互感器检测成本高、体积大，故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。
图5是一个简单的电子缺相保护电路。
三相平衡时，R1～R3结点H电位很低，光耦合输出近似为零电平。
当缺相时，H点电位抬高，光耦输出高电平，经比较器进行比较，输出低电平，封锁驱动信号。
比较器的基准可调，以便调节缺相动作阈值。
该缺相保护适用于三相四线制，而不适用于三相三线制。
电路稍加变动，亦可用高电平封锁PWM信号。
图5 三相四线制的缺相保护电路图6是一种用于三相三线制电源缺相保护电路，A、B、C缺任何一相，光耦器输出电平低于比较器的反相输入端的基准电压，比较器输出低电平，封锁PWM驱动信号，关闭电源。
一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计
电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：在当今减碳排放背景下，全控型功率器件IGBT 以优异的性能广泛用于各种变流器中，有效可靠的驱动电路对IGBT 的安全工作至关重要，特别是大功率应用场合。
针对大功率IGBT 应用中对驱动电路灵活可靠的要求，设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL -332J 的IGBT 驱动保护电路，分析了ACPL -332J 的各项参数，并以ACPL -332J 为核心设计了驱动电路。
以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT ，通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。
关键词：智能集成光耦驱动器ACPL -332J ；光耦驱动器；驱动保护电路；灵活可靠中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd25239A Design of Flexible and Reliable IGBT Driver CircuitHAN Song 1，2，YU Zhiqiang 1，2，WANG Mingyue 1，2，YU Hongze 1，2，JIA Pengfei 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electrical Transmission ，Tianjin 300180，China ）Abstract:Under the background of carbon emission reduction ，fully controlled power device IGBT is widely used in various of converters with its excellent performance ，effective and reliable drive circuit is crucial to the safe operation of IGBT ，especially for high-power applications.Aiming at the requirement of flexible and reliable of IGBT drive circuit in high-power applications ，an IGBT drive and protection circuit based on intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J was designed ，the parameters of ACPL-332J were analyzed ，and the driving circuit was designed with ACPL-332J as the core.With Infineon FF600R12ME4as the application IGBT ，the effectiveness of the designed drive and protect circuit was verified by double pulse test and short circuit test.Key words:intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J ；optocoupler driver ；drive and protect circuit ；flexible and reliable基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：韩松（1988—），男，硕士研究生，工程师，Email ：一种灵活可靠的IGBT 驱动电路设计韩松1，2，于志强1，2，王明玥1，2，于洪泽1，2，贾鹏飞1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）在节能减排的时代背景下，随着绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的制造和应用技术日趋成熟，IGBT 以易于驱动、耐受电应力、热应力高的特点，被广泛应用于中高功率、中低频率变流器中[1]。
IGBT电路工作演示稿解析
工作原理 电路分析
工作原理
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝 缘栅双极型晶体管，是由GTR(双极型三极管) 和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控 型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的 优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱 动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速 度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综 合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱 和压降低。非常适合应用于直流电压为600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开 关电源、照明电路、牵引传动等领域。
安全工作区
❖ 安全工作区SOA反映了一个晶体管同时能承受一定电压和电流的能力。 IGBT开通时为正向偏置，其安全工作区称为正向偏置安全工作区简称 FBSOA。 FBSOA于IGBT的导通时间密切关切相关。 FBSOA为矩形方 块。随着导通时间的增加，安全工作区逐渐减小，直流工作时安全工作 最小。这是因为导通时间越长，发热越严重；因而安全工作区越小。
输出 报警
驱动电路 1≦
过电流保护 R 短路保护 控制电源 控制信号 低压保护 检测信号
控制电源
输出 报警
驱动电路 1≦
过电流保护 短路保护 R
控制电源 控制信号 低压保护 检测信号
热敏元件 过热保护 检测温度信号
A B C
M
IPM优势
❖ IPM设有过流和短路保护、欠电压保护、当工作不 正常时，通过驱动电路封锁IGBT的栅极信号同时发 出警报信号；过热保护是通过设置在IPM基板上的 热敏器件检测IGBT芯片温度，当温度超过额定值时， 通过驱动电路栅极信号并报警。
GTR电路分析
IGBT驱动电路原理及保护电路
IGBT驱动电路原理及保护电路IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）驱动电路是一种用于驱动IGBT的电路，主要用于控制和保护IGBT。
IGBT是一种高性能功率半导体器件，广泛应用于各种功率电子设备中。
驱动信号发生器产生一个驱动信号，通常是一个脉冲信号，用于控制IGBT的开关状态。
信号放大器将驱动信号放大到足够的电压和电流，以满足IGBT的驱动要求。
保护电路用于监测IGBT的工作状态，并在故障发生时提供保护措施。
电源则为整个驱动电路提供所需的电能。
IGBT驱动电路的保护功能非常重要。
保护电路通常包括过流保护、过温保护、过压保护和短路保护等功能。
过流保护通过监测IGBT的输出电流来避免过大的电流损坏IGBT。
过温保护通过监测IGBT的温度来避免过热导致的损坏。
过压保护通过监测输入电压来避免过大的电压损坏IGBT。
短路保护通过监测IGBT的输出电压和电流来避免短路导致的损坏。
IGBT驱动电路还可以包括其他功能，如电流限制、反馈控制、隔离等。
电流限制功能可以限制IGBT的输出电流，以满足设备的需要。
反馈控制功能可以通过监测输出信号，并将反馈信号送回到驱动信号发生器中，实现对IGBT的精确控制。
隔离功能可以通过光耦等器件实现驱动信号和IGBT之间的电气隔离，提高系统的安全性和可靠性。
总之，IGBT驱动电路是用于驱动和保护IGBT的电路，通过控制IGBT的输入电流和电压来实现对其的开关操作。
保护电路是其重要组成部分，可以提供对IGBT的过流、过温、过压和短路等故障的保护。
IGBT驱动电路还可以包括其他功能，如电流限制、反馈控制和隔离等。
这些功能和保护措施都有助于提高IGBT的性能和可靠性，保护其免受损坏。
三种IGBT驱动电路和保护方法详解
三种IGBT驱动电路和保护方法详解IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率开关器件，具有高压能力和快速开关速度，广泛应用于各类电力电子设备中。
为了保证IGBT的正常工作和延长寿命，需要合理设计驱动电路和采取保护措施。
以下将详细介绍三种常见的IGBT驱动电路和保护方法。
1.全桥驱动电路：全桥驱动电路使用四个驱动器来控制IGBT的开关动作，通过驱动信号的控制确保IGBT的正确触发。
全桥驱动电路的优点是开关速度快、电流能力高、噪音抵抗能力强。
驱动信号的产生可以通过模拟电路或数字电路实现，后者具有更高的可靠性和精准性。
在全桥驱动电路中，还会配备隔离变压器，用于提供与主电源隔离的驱动信号。
保护方法：（1）过温保护：通过测量IGBT芯片的温度，一旦温度超过设定值，即切断IGBT的驱动信号，防止过热损坏。
（2）过流保护：通过监测IGBT输入电流，当电流超过额定值时，切断IGBT的驱动信号，避免损坏。
（3）过压保护：检测IGBT的输入电压，当电压超过设定值时，中断驱动信号，以防止损坏。
（4）过电压保护：通过监测IGBT的输出电压，当电压异常升高时，关闭IGBT的驱动信号，避免对后续电路造成损害。
（5）失控保护：当IGBT因为故障或其他原因丧失了晶体管功能时，立即中断其驱动信号，以保护设备安全。
2.半桥驱动电路：半桥驱动电路仅使用两个驱动器来控制一个IGBT的开关动作。
相比于全桥驱动电路，半桥驱动电路简化了驱动电路的设计，成本更低。
但由于只有单个驱动器来控制IGBT，因此其驱动能力和噪音抵抗能力相对较弱。
保护方法：半桥驱动电路的保护方法与全桥驱动电路类似，包括过温保护、过流保护、过压保护、过电压保护和失控保护等。
可以将这些保护方法集成在半桥驱动电路中，一旦触发保护条件，即切断驱动信号，以保护IGBT和其他电路设备。
3.隔离式驱动电路：隔离式驱动电路通过隔离变压器将主电源与IGBT的驱动信号分隔开，能够提高系统的稳定性和安全性。
IGBT保护电路
1 引言IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT模块由于具有多种优良的特性，使它得到了快速的发展和普及，已应用到电力电子的各方各面。
因此熟悉IGBT模块性能，了解选择及使用时的注意事项对实际中的应用是十分必要的。
本文从实际应用出发，总结出了过流、过压与过热保护的相关问题和各种保护方法，实用性强，应用效果好。
2 过流保护过流保护用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。
可取代传统的保险丝，广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护，传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复，而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态，当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能。
对IGBT的过流检测保护分两种情况：主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管)，称为驱动电路。
安规问题，驱动电路副边与主电路有耦合关系，而驱动原边是与控制电路连在一起，主电路是一次电路，控制电流是ELV电路，一次电路和ELV电路时间要做基本绝缘，实现绝缘要求一般就采取变压器光耦等隔离措施。
(1)驱动电路中无保护功能。
这时在主电路中要设置过流检测器件。
对于小容量变频器，一般是把电阻R直接串接在主电路中，如图1(a)所示，通过电阻两端的电压来反映电流的大小;对于大中容量变频器，因电流大，需用电流互感器TA(如霍尔传感器等)。
(国内标准)IGBT驱动保护及典型应用
（国内标准）IGBT驱动保护及典型应用IGBT驱动保护及典型应用Sy摘要IGBT（绝缘栅双极晶体管）是壹种复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的壹种新型复合器件,它同时具有MOSFET的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性，易实现较大电流的能力，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大的优点。
近年来IGBT成为电力电子领域中尤为瞩目的电力电子器件，且得到越来越广泛的应用。
本文主要介绍了IGBT的基本结构、工作原理、驱动电路，同时简要概括了IGBT模块的选择方法和保护措施等，最后对IGBT的实际典型应用进行了分析介绍，通过对IGBT 的学习，来探讨IGBT于当代电力电子领域的广泛应用和发展前景。
关键词：IGBT；绝缘栅双极晶体管；驱动电路；保护电路；变频器；电力电子器件目录引言11、IGBT的基本结构12、IGBT的工作原理32.1 IGBT的工作特性33、IGBT的驱动53.1驱动电路设计要求53.2 几种常用IGBT的驱动电路64、IGBT驱动保护74.1 驱动保护电路的原则74.2 IGBT栅极的保护84.3 IGBT的过电流保护94.3.1 驱动过流保护电路的驱动过流保护原则94.3.2 IGBT过流保护电路设计94.3.3具有过流保护功能的IGBT驱动电路的研究114.5 IGBT的过热保护154.6 IGBT驱动保护设计总结155.IGBT专用集成驱动模块M57962AL介绍16结论20参考文献21引言随着国民经济各领域和国防工业对于电能变换和处理的要求不断提高，以及要满足节能和新能源开发的需求，作为电能变换装置核心部件的功率半导体器件也起着越来越重要的作用。
IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）自1982年由GE公司和RCA公司宣布以来，引起世界许多半导体厂家和研究者的重视，伴随而来的是IGBT的技术高速发展，其应用领域不断扩展它不仅于工业应用中取代了MOSFET和GTR（GiantTransistor，巨型晶体管），甚至已扩展到SCR（Silicon ControlledRectifier，可控硅整流器）和GTO（GateTurn-OffThyristor，门控晶闸管）占优势的大功率应用领域，仍于消费类电子应用中取代了BJT和MOSFET 功率器件的许多应用领域IGBT额定电压和额定电流所覆盖的输出容量已达到6MVA，商品化IGBT模块的最大额定电流已达到3.6kA，最高阻断电压为6.5kV，且已成功应用于许多中、高压电力电子系统中。
基于IR22141的IGBT驱动及保护电路设计
基于IR22141的IGBT驱动及保护电路设计【摘要】IGBT的驱动电路是应用IGBT开关管的关键技术，一个性能好的驱动电路不仅能够有效地驱动IGBT，而且能够可靠地保护IGBT。
本文介绍了一种基于IR22141芯片的大功率IGBT驱动及保护电路的设计以及运用。
【关键词】IGBT；驱动电路，过流保护电路；IR22141芯片前言绝缘栅双极型晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种由双晶体管组成的器件，既具有栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点。
但是IGBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。
因此在使用IGBT时，最重要的工作就是设计好驱动和保护电路。
本文将从IR22141芯片简介、门极电路设计以及有源钳位设计三个方面来叙述。
1.IR22141芯片简介IR22141是适合于单向器半桥栅极驱动，高栅极驱动能力（2A源，3A接收器）和低静态电流使自举电源在中等功率系统的功率开关应用技术。
该IR22141具有通过功率晶体管饱和检测手段全面的短路保护。
该IR22141通过关闭顺利通过专用的软关断引脚的去饱和晶体管，因此防止过电压年龄和减少电磁排放管理所有半桥故障。
在多相体系IR22141驱动程序使用一个专用的本地网络（SY_FLT 和故障/SD信号）妥善管理相-相短路沟通。
系统控制器可以强制关闭或通过3.3 V兼容CMOS的I/O引脚（故障/SD）读取设备故障状态。
为了提高从直流母线噪声信号免疫力，控制和电源地使用专用引脚实现低侧发射极电流检测以及。
欠压条件下浮动，低压电路独立管理。
图1为利用IR22141芯片驱动IGBT模块的典型电路连接图。
2.门极电路设计IGBT门极（G极）驱动电阻器、电容器等应该尽量靠近模块引线端子放置。
IGBT模块关断过压较小，G极驱动电阻无需远大于规格书给定值。
IGBT
笔 者 以 电路 保 护 方 案 和 Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动 为基 础 ，设 计 了 Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动 电路 ， 其 具 有 比较齐 全 的短 路保 护 功 能 ， 具 体 情
况见图 １ 。
Ｉ ＣＢ Ｔ是 一 种 具 有 良好 的 综合 性 能 的 功 率 开 关 器 件 ， 因此被 广泛 的应用 在 了各种 变流 装 置 中。由于 以往 的设计 者往 往 只 是 对缓 中电路和 主 回路 的设计 比较 关注 ， 而将 其 短 路保 护 电路 以及 Ｉ ＧＢ Ｔ驱动 忽 视 了 ，这样就 导 致 整机 的 可 靠性 在很 大 程度 上 受 到 了这 些 问题 的影 响。为 了能够 有 效 的解 决 上述 的 问题 ， 本 文论 述 了如何 对短 路 保 护 电路和 Ｉ ＧＢ Ｔ驱 动进 行 选 择和 设计 ， 笔 者 在此 Ｉ ＧＢ Ｔ的驱 动 电路 进 行 了分析 ， 并 对其 短 路保 护功 能进 行 了优 化 。
还 没 有 出现 实 质 性损 坏 时就 对 其进 行 保 护 关断 ， 就 是所 谓 的Ｉ ＧＢ Ｔ的短 路保 护 。 同 时在 Ｉ ＧＢ Ｔ的短 路 安 全 工作 区 内
对输 出和 输 入 信 号 进行 隔离 的任 务 可 以 由其 高速 光
驱 动 电路 将 一 ５ Ｖ的栅 极驱 动信 号 提供 给 Ｉ ＧＢ Ｔ 。 Ｉ ＧＢ Ｔ的 内部 存 在寄 生 晶 闸管 结 构 ，当大于 擎 住 电流 的短 通 ， 路 电流 出现 时 ， Ｉ ＧＢ Ｔ就 会 出现锁 定效 应 ， 并 丧 失 了栅 控 关 ２ ． ２ 短 路 故 障状 态 分析 断能 力 。 采 用对 短 路 电流 的幅值 进 行 限制 的 方式就 能够 对 当短 路 电流 高 于 设定 值 时 ， 就 可 以翻 转 Ａ１ ， 输 出高 电
重点讲解新型的IGBT短路保护电路的设计
新型的IGBT短路保护电路的设计固态电源的基本任务是安全、可靠地为负载提供所需的电能。
对电子设备而言，电源是其核心部件。
负载除要求电源能供应高质量的输出电压外，还对供电系统的可靠性等提出更高的要求。
IGBT是一种目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，开关频率高，广泛应用于各类固态电源中。
但如果控制不当，它很容易损坏。
一般认为IGBT损坏的主要原因有两种：一是IGBT退出饱和区而进入了放大区使得开关损耗增大;二是IGBT发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使IGBT损坏。
IGBT的保护通常采用快速自保护的办法?即当故障发生时，关断IGBT驱动电路，在驱动电路中实现退饱和保护;或者当发生短路时，快速地关断IGBT。
根据监测对象的不同IGBT 的短路保护可分为Uge监测法或Uce监测法?二者原理基本相似，都是利用集电极电流IC升高时Uge或Uce也会升高这一现象。
当Uge或Uce超过Uge sat或Uce sat时，就自动关断IGBT的驱动电路。
由于Uge在发生故障时基本不变，而Uce的变化较大，并且当退饱和发生时Uge变化也小难以掌握，因而在实践中一般采用Uce监测技术来对IGBT 进行保护。
本文研究的IGBT保护电路，是通过对IGBT导通时的管压降Uce进行监测来实现对IGBT的保护。
采用本文介绍的IGBT短路保护电路可以实现快速保护，同时又可以节省检测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低整个系统的成本。
实践证明，该电路有比较大的实用价值，尤其是在低直流母线电压的应用场合，该电路有广阔的应用前景。
该电路已经成功地应用在某型高频逆变器中。
1 短路保护的工作原理图1(a)所示为工作在PWM整流状态的H型桥式PWM变换电路(此图为正弦波正半波输入下的等效电路，上半桥的两只IGBT未画出)，图1(b)为下半桥两只大功率器件的驱动信号和相关的器件波形。
现以正半波工作过程为例进行分析(对于三相PWM电路，在整流、逆变工作状态或单相DC/DC工作状态下，PWM电路的分析过程及结论基本类似)。
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1．检测短路时U CE在增大的短路保护电路
图5-14所示是采用IGBT过流时U CE增大的原理构成的保护电路，该电路采用IGBT专用驱动器EXB841。
EXB841内部电路能很好地完成降栅压及软关断功能，并具有内部延迟功能，以消除干扰产生的误动作。
如果发生短路，含有IGBT过流信息的U CE不直接送至EXB841的IGBT集电极电压监视脚⑥上，而是快速关断快速恢复二极管VD1，使比较器IC1 (LM339)的U+电压大于U-电压，比较器输出高电平，由VD1送至EXB841的⑧脚，启动EXB841内部电路中的降栅压及软关断电路，低速切断电路慢速关断IGBT。
这样既避免了集电极电流尖峰损坏IGBT，又完成了IGBT短路保护。
该电路的特点是，消除了由VD1正向压降随电流不同而引起的关断速度不同的差异，提高了电流检测的准确性，同时由于直接利用EXB841内部电路中的降栅压及软关断功能，整体电路简单可靠。
2．利用电流互感器检测IGB1’过流的短路保护电路
图5-15所示是利用电流传感器检测IGBT过流的短路保护电路，电流传感器(SC)初级（1匝）串接在IGBT的集电极电路中，次级感应的过流信号经整流后送至比较器IC1的同相输入端，与反相端的基准电压进行比较后，IC1的输出送至具有正反馈的比较器IC2，其输出接至PWM控制器UC3525的输出控制脚⑩。
不过流时，A点电位UA<Uref，B点电位UB=0.2V，C点电位Uc<Uref，IC2输出低电平，PWM控制器正常工作。
当出现过流时，电流互感器检测到的过流信号反应为整流后电压将升高，使UA>Uref，UB为高电平，此时经R1给C3充电。
经一定的延时后，UC将大于Uref，IC2输出高电平，
EXB841保护电路工作，使IGBT降栅压软关断。
IGBT关闭后，电流互感器初级无电流流过，使UA又小于Uref，UB回到0.2V左右，C3经R1放电。
当Uc <Uref时，IC2输出低电平，电路重新进入工作状态。
如果过流继续存在，保护电路又恢复到原来的限流保护工作状态，反复循环，使EXB841的输出驱动波形处于间隔输出状态，使IGBT输出电流
有效值减小，达到保护IGBT的目的。
电位器RP1用于调整IC1比较器过流动作阈值。
电容器C3可经VD5和R5快速充电，经R1慢速放电。
只要合理地选择R1、R5和C3的参数，可实现EXB841比较快关闭IGBT而较慢恢复IGBT。
正反馈电阻R7保证IC2比较器具有迟滞特性，和R1和C3充放电电路一起保证IC2的输出不至于在高、低电平之间频繁变化，使IGBT频繁开通、关断而损坏，提高了电路的可靠性。
3．利用IGBT短路时UCE增大的原理和电流互感器过流检测的综合短路保护电路
图5- 16所示是利用IGBT短路时UCE增大的原理和电流传感器检测的综合保护电路。
该
电路的工作原理是：当负载短路（或IGBT由于其他故障过流）时，IGBT的UCE将增大，VD1关断，导致由R1提供的电流经R2和R3分压器分压使V3导通，从而使IGBT的栅
极电压由ZD所限制而降压，限制了IGBT峰值电流的幅度。
该电压同时经R5及C3延迟使V2导通，输出软关断信号。
为了提高短路保护电路的可靠性，在短路时由电流传感器
检测短路电流，经比较器IC1输出的高电平使V3导通进行降栅压，V2导通，进行IGBT
软关断保护。