IGBT管过电压保护电路

　(1)管栅极过保护
　　
　　管的栅极一发射极驱动电压UGE的保证值为+20V，如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压，则可能会损坏IGBT管。因此，在IGBT管的驱动中应当设置栅压限幅电路。

　另外，若IGBT管的栅极与发射极间开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于栅极与集电极和发射极之间寄生的存在，栅极电位升高，集电极一发射极间有流过。这时若集电极和发射极闷处于高压状态，可能会使IGBT管发热甚至损坏。如果设备在运输或震动过程中使得栅极回路断开，在不经检查的情况下就给主电路加上电压，则IGBT管可能会损坏。IGBT管的栅极出现过电压的原因有两个：  

　①静电聚积在栅极上引起过电压。

　②电容密勒效应引起的栅极过电压。

　为了防止IGBT管的栅极一发射极间出现过电压，应在IGBT管的栅极与发射极间并接一只几十千欧的，此应尽量靠近栅极与发射极。

　(2)集电极与发射极间的过电压保护
　　
　　IGBT管的集电极一发射极过电压的产生主要有两种情况：一种是施加到IGBT管的集电极一发射极间的直流电压过高；另一种为集电极一发射极上的浪涌电压过高。

　对于IGBT管关断过电压和续流反向恢复过电压，采用缓冲电路是抑制集电极一发射极间过电压的有效措施。缓冲电路之所以能减小IGBT管集电极一发射极间的过电压，是因为它给回路提供了泄能回路，降低了回路上电流的变化率。抑制过电压的器件有：

　①金属氧化物。金属氧化物是一种良好的电压尖峰抑制器件，它的为毫秒级，能抑制宽度很窄的尖峰电压。金属氧化物压敏具有通流容量大(500～5000A)，平均漏电流小（几微安），使用电压范围宽(30～1500V)，体积小，可靠性高且价格便宜等特点。但它能抑制的尖峰电压宽度不能过大，否则压敏电阻将会因功耗过大而烧坏。

　②并在直流母线上的无感电容。在由R、C、VD构成的放电阻止型缓冲电路中，要选择高频特性好的无感电容器作为缓冲电容，选择过渡正向电压低、反向恢复时间短、反向恢复特性软的二极管作为缓冲二极管。缓冲二极管的反向耐压及峰值正向电流要与IGBT管的额定电压及额定电流相当。

　(3)直流过电压
　　
　　直流过电压产生的原因是；输入交流或IGBT管的前一级输入发生异常，解决的办法是：在选取IG-BT管时进行降额设计。另外，也可在检测出这一过电压时关断IGBT管的输入，保证IGBT管的安全。

　(4)浪涌过电压
　　
　　由于电路中分布电感的存在，加之IGBT管的开关速度较高，当IGBT管关断时与之并接的反向恢复二极管逆向恢复时，就会产生很大的浪涌电压(Ldi/dt)，威胁IGBT管的安全。通常IGBT管的浪涌电压波形如下图所示。在图中，UCE为IGBT管集电极一发射极间的电压，为IGBT管的集电极电流，Ud为输入IGBT管的直流电压。浪涌电压峰值UCESP为：

　　如果UCESP超出IGBT管的集电极一发射极间的耐压值UCES，就可能损坏IGBT管。

 

　　抑制浪涌电压的方法主要有:　

　　①在选取IGBT管时考虑设计裕量。

　　②在电路设计时调整IG-BT管驱动电路的栅极电阻PG，使di/dt尽可能小。

　　③尽量将电解电容靠近IGBT管安装，以减小分布电感。

　　④根据情况加装缓冲保护电路，旁路高频浪涌电压。

　　(5)IGBT管开关过程中的过电压
　　
　　IGBT管关断时，其集电极电流的下降率较高，尤其是在短路故障的情况下，如不采取软关断措施，它的临界电流下降率将达到数千安每微秒。极高的电流下降率将会在主电路的分布电感上感应出较高的过电压，导致IGBT管关断时电流、电压的运行轨迹超出它的安全工作区而损坏。

　　所以，从关断的角度考虑，希望主电路的电感和电流下降率越小越好。但对于IGBT管的开通来说，集电极电路的电感有利于抑制续流二极管的反向恢复电流和电容器充、放电造成的峰值电流，能减小开通损耗，承受较高的开通电流上升率。一般情况下，IGBT管开关电路的集电极不需要串联电感，其开通损耗可以通过改善栅极驱动条件来加以控制。