1 引言

　　為(wei) 確保電力電子組件在非允許工作的條件影響下得到可靠的保護，需要快速和可靠的錯誤檢測及有效的保護措施。為(wei) 確保得到可靠的保護，在功率模塊中，即可通過係統控製器或者通過igbt驅動器提供錯誤管理。係統控製器適用於(yu) 對慢速故障模式做出反應，如超溫所導致的過熱。相反，需要驅動電子檢測和響應突發錯誤。如今市場上有各種驅動器，它們(men) 的適用性、效率和可靠性各不相同。

　　功率轉換係統中的快速錯誤包括短路和電路引起的過電壓。短路是速度最快的錯誤。當電力電子係統投入使用時，連接和隔離錯誤往往是造成短路的因素，而在現場應用中，短路可能歸因於(yu) 故障組件。

　　如果短路發生在負載通道或者橋接旁路，igbt的集電極電流完全增大，造成晶體(ti) 管飽和。如今市場上的igbt模塊隻能防短路很短的時間。為(wei) 了防止igbt被熱負荷摧毀，在安全時間內(nei) 檢測到短路並且可靠地關(guan) 斷igbt是至關(guan) 重要的。

　　驅動器的電子電路可通過測量di/dt或者監測vce檢測短路。

　　di/dt檢測中圖1（a），驅動器通過電子線路去測量igbt中電流的變化率。輔助和功率發射極間的雜散電感上的壓降正比於(yu) 集電極電流的變化率（di/dt）。通過將電壓與(yu) 參考電壓相比較，可以檢測出快速的短路。為(wei) 了監測緩慢短路，該方法在鍵合線及功率和輔助發射極間的內(nei) 部母線中使用阻性元件。然而，此方法還取決(jue) 於(yu) 用於(yu) 電源連接的螺絲(si) 連接。這些顯示了一定的接觸電阻特性分布，並要考慮與(yu) 其他電阻元件的串聯。這要求精確地適應給定的係統。一般來說，di/dt檢測隻能用於(yu) 帶有輔助發射極輸出的igbt模塊。

　　vcesat監測圖1（b）則是通過集電極電流與(yu) 通態電壓的關(guan) 係曲線實現的。為(wei) 此，集電極-發射極電壓被測量，並通過一個(ge) 比較器與(yu) 一個(ge) 參考電壓相比較。如果電壓讀數超過參考電壓，驅動器的電子電路會(hui) 自動關(guan) 斷晶體(ti) 管。由於(yu) 晶體(ti) 管電壓的迅速增加，vce監測是一個(ge) 可靠的短路檢測方法。vce監測的優(you) 點是可快速檢測到短路，適用於(yu) 任何標準的igbt。

　　如果短路時負載帶有較大的電，如在電源側(ce) ，集電極電流上升速度更加緩慢。在這種情況下，vce閾值必須做相應的調整。為(wei) 了能夠在過流檢測中使用vce方法，可使用多級vce監測。此時，定義(yi) 幾個(ge) 帶給定參考時間的跳變閾值。但是，這種方法的缺點是溫度不同會(hui) 導致測量結果完全不一樣，以及要調整給定係統各級所涉及的因素也是非常複雜的。一般來說，更為(wei) 有效和可靠的檢測慢速過電流方法是采用集成電流傳(chuan) 感器。

　　除了快速錯誤檢測，對短路做出有效和可靠的響應也是至關(guan) 重要的。如果驅動器用在多級應用中或者用於(yu) 驅動同步電機，主控製器應負責係統的關(guan) 閉。在這種情況下，驅動器隻發送隔離錯誤信號到控製器並等待指令。例如，在多級應用中，如果驅動器直接關(guan) 斷功率半導體(ti) ，然後發送信號給控製器，那麽(me) 在整個(ge) 信號傳(chuan) 輸和響應時間內(nei) 整個(ge) 直流環節電壓可能施加在一個(ge) igbt上。這將導致模塊的損壞。然而，在大部分應用中，讓驅動器直接關(guan) 斷功率模塊更加安全。驅動器可以更迅速地做出響應，因為(wei) 它無需等待信號傳(chuan) 輸過程完成，可從(cong) 二次側(ce) 獨立關(guan) 斷模塊。驅動器可確保關(guan) 斷短路電流時避免產(chan) 生電壓尖峰，通過一個(ge) 軟關(guan) 斷或二級關(guan) 斷功能的途徑實現。此時，驅動器關(guan) 斷具有更大柵極電阻的igbt更慢，這樣作保護模塊，使其免超安全工作區（soa）。#p#分頁標題#e#

        2 電路引起的過電壓

　　第二種快速錯誤模式是由電路引起的過電壓導致的。必須檢測關(guan) 斷過程中產(chan) 生的過電壓並將其迅速減小以防止igbt模塊被損壞。電源電路中的雜散電感導致開關(guan) 浪湧，例如母線所導致的。外部引發的過電壓是緩慢的，可通過監控直流環節電壓更有效地控製。

　　驅動器電子可以通過有源鉗位直接控製過電壓，也可以使用intellioff（智能關(guan) 斷），一種用於(yu) 減小臨(lin) 界電壓尖峰的功能。如圖2，3所示。

　　隻要出現過電壓，有源箝位讓igbt重新導通。柵極充電過程基本上是由集電極和柵極間的中央單元控製的，以降低過電壓。

　　這裏，過電壓值的最大值對應齊納電壓。晶體(ti) 管再次工作在安全操作區內(nei) ，但將儲(chu) 存在lk中的能量轉換為(wei) 熱量。在此過程中，igbt內(nei) 部在很短的時間內(nei) 產(chan) 生大量的額外損耗。這些損耗加速了組件的老化過程並限製了變換器係統的可靠性。

　　防止發生過電壓的一種方法是使用intellioff關(guan) 斷功能。結合對軟關(guan) 斷幾乎是即時開關(guan) 響應的優(you) 點，intellioff提供了優(you) 化的關(guan) 斷能力。得益於(yu) 不同速度的柵極放電，關(guan) 斷過程本身被intellioff優(you) 化。首先，驅動器啟動igbt關(guan) 斷過程越快越好。隻要關(guan) 斷過程進入過壓階段，驅動器減慢關(guan) 斷過程，在這種情況下主動應對過電壓。最後，igbt驅動器安全可靠地關(guan) 斷模塊。

　　隻要關(guan) 斷信號到來，驅動器產(chan) 生負的柵極電荷。柵極集電極和發射極電容的放電過程開始，柵極電流達到其負峰值（period0）。由於(yu) 米勒效應，其描述了電容容抗在關(guan) 斷時的反饋過程，柵極發射極電壓在特定的時間（period1）內(nei) 保持較高的電平。得益於(yu) 小阻值的關(guan) 斷電阻，intellioff縮短了放電時間，並允許該過程加速。在period2，大阻值電阻減慢關(guan) 斷過程，這樣做避免了電路引起的電壓尖峰（period2）。如果沒有intellioff，在有源箝位的情況下，這一階段可能會(hui) 出現過壓，產(chan) 生額外的損耗。如果不采取合適的保護措施，最終可能會(hui) 導致模塊的損壞。一旦危險的電壓尖峰時間過去了，驅動器通過intellioff功能實現關(guan) 斷電阻的並聯，確保igbt被安全有效地關(guan) 斷。得益於(yu) 大小關(guan) 斷電阻間的可調時間常數，簡單的調整是可能的。

　　特別是新一代igbt，具有非常快和硬的開關(guan) 特性。intellioff功能可確保無危險電壓尖峰風險的快速關(guan) 斷，並由此幫助確保新igbt模塊的最佳性能。相比之下，替代的防護概念以限製igbt模塊性能換取保護，這樣做會(hui) 產(chan) 生的額外損耗。

　　柵極驅動器的理想保護取決(jue) 於(yu) 特定的應用。然而，一般來說，在係統標注尺寸階段調查和分析錯誤機製是明智的。采用柵極驅動器去永久性地補償(chang) 非允許條件不是一個(ge) 有效的解決(jue) 方案，再者也會(hui) 降低可靠性。一個(ge) 更加有效的過電壓保護方法是使用intellioff功能，可在第一時間防止出現電壓尖峰。vce監測是一種可靠的短路檢測方法，相比di/dt檢測具有許多優(you) 勢，因其可適應和適用於(yu) 任何的標準模塊。#p#分頁標題#e#

        3 結束語

　　當今市場上有許多不同的驅動器保護解決(jue) 方案，從(cong) 標準的保護功能到高度複雜的驅動器解決(jue) 方案。然而，采用簡單的驅動器解決(jue) 方案，用戶必須自己集成保護功能，並為(wei) 整個(ge) 係統提供驅動器保護。這會(hui) 是相當昂貴的並且驅動器保護往往被低估。相比之下，高度複雜的驅動器解決(jue) 方案往往存在不利之處，係統的實現相當複雜且使用壽命常常是受限的。一個(ge) 最佳的驅動解決(jue) 方案必須滿足係統的可靠性要求，但也應把大規模生產(chan) 應用的價(jia) 格作為(wei) 重要因素來考慮。