电路分析：IGBT保护的方式有哪些

图 1 一个典型的逆变器拓扑

上图是一个典型的三相逆变器拓扑结构，在这个图里面我们直接给出了经过直流母线之后的主电路拓扑，这个逆变器的工作典型流程是这样的：

首先主接触器接受控制命令吸合之后，母线电压通过预充电电阻、二极管VD201给电容充电。后端电压传感器检测电容电压达到一定值之后预充电接触器吸合短接预充电电阻母线电压正常接入主回路母线电压正常，逆变器开始工作

上面简单的梳理了一下逆变器正常工作的动作顺序。这种拓扑结构一切都是从保护核心器件IGBT出发的，现在我们简要的梳理一下IGBT保护的方式到底有那些。

主回路保护

图 2 主回路前级保护

上图中熔断器FU201是主回路的第一个保护原件，我们知道在IGBT发生短路的时候会瞬间产生很高的短路电流，此时短路电流超过熔断器能够承受的最大电流，熔断器断开主回路切断，避免因为短路造成更大的破坏。

图 3 预充电保护

上图中预充电电阻R201是主回路的第二重保护，在主接触器吸合后首先要给中间的支撑电容充电，此时如果直接短接预充电接触器会产生瞬间非常高的充电电流，此时如果直接短接预充电电阻则这个电流会直接施加到熔断器上，会直接导致熔断器因为过流而熔断，所以此时通过一个预充电电阻来给后端的支撑电容充电，等支撑电容电压达到母线电压的90%的时候接通预充电接触器短接预充电电阻接入母线电压。

图 4 支撑电容

在上图中支撑电容是对IGBT的第三重保护，此处支撑电容一般都会与电阻并联行程一个“网络”电阻一般都是参数相同的电阻，电容也是参数相同的同批次电容这样做有以下好处：

1.在逆变电路中主要是对整流器的输出电压进行平滑滤波。

2.吸收来自于逆变器向母线索取的高幅值脉动电流，阻止其在母线的阻抗上产生高幅值脉动电压，使直流母线上的电压波动保持在允许范围。

3.防止来自于母线的电压过冲和瞬时过电压对IGBT的影响。

以上是主回路部分对IGBT保护，因为IGBT是一个高频的开关器件，因此也要从IGBT的外围电路来着手。

IGBT器件直接保护

上图我们总结了导致IGBT损害的原因，分别有电流超限、电压超限、温度超限和温度循环冲击、震动等等因素，既然上述因素能够导致IGBT的损坏那么我们在设计一个具体的电路的时候必然要从预防上述因素来着手。

图 5 IGBT损坏归因

如上图所示在驱动电路中我们经常能够看到类似的电路，该电路实现了门极箝位：用肖特基二极管和电源电压将Vge限在15V，限制短路电流。

如上图所示，驱动电路中经常会用到类似的电路结构称为有源箝位：主要通过检测Vce，延缓IGBT关断，进而限制di/dt和电压尖峰。

图 6 门极箝位

在发生短路情况时，后端比较器检测到短路之后驱动模块输出较高阻抗，等效于很大的门极电阻值，限制di/dt和电压尖峰。实现对IGBT的软关断。

以上从驱动部分介绍了IGBT的几个保护电路，实际应用中这些电路都有用到，但不一定在每一个案例中都会同时出现，具体采用何种保护模式与实际应用的功率有很大的关系，比如在一些小功率的应用中对驱动保护部分的考虑肯定就相对要简单一些，在实际功率比较大的应用中考虑的情况就更复杂。

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