IGBT失效原因及保护方法

引起IGBT失效的原因
　　1、过热容易损坏集电极,电流过大引起的瞬时过热及其主要原因,是因散热不良导致的持续过热均会使IGBT损坏。如果器件持续短路 &＃xff0c;大电流产生的功耗将引起温升&＃xff0c;由于芯片的热容量小&＃xff0c;其温度迅速上升&＃xff0c;若芯片温度超过硅本征温度&＃xff0c;器件将失去阻断能力&＃xff0c;栅极控制就无法保护&＃xff0c;从而导致IGBT失效。实际应用时&＃xff0c;一般最高允许的工作温度为125℃左右。
　　2、超出关断安全工作区引起擎住效应而损坏。擎住效应分静态擎住效应和动态擎住效应。IGBT为PNPN 4层结构&＃xff0c;因体内存在一个寄生晶闸管&＃xff0c;当集电极电流增大到一定程度时&＃xff0c;则能使寄生晶闸管导通&＃xff0c;门极失去控制作用&＃xff0c;形成自锁现象&＃xff0c;这就是所谓的静态擎住效应。IGBT发生擎住效应后&＃xff0c;集电极电流增大&＃xff0c;产生过高功耗&＃xff0c;导致器件失效。动态擎住效应主要是在器件高速关断时电流下降太快&＃xff0c;dvCE/dt很大&＃xff0c;引起较大位移电流&＃xff0c;也能造成寄生晶闸管自锁。
　　3、瞬态过电流IGBT在运行过程中所承受的大幅值过电流除短路、直通等故障外&＃xff0c;还有续流二极管的反向恢复电流、缓冲电容器的放电电流及噪声干扰造成的尖峰电流。这种瞬态过电流虽然持续时间较短&＃xff0c;但如果不采取措施&＃xff0c;将增加IGBT的负担&＃xff0c;也可能会导致IGBT失效 。
　　4、过电压造成集电极、发射极击穿或造成栅极、发射极击穿。
IGBT保护方法
　　当过流情况出现时&＃xff0c;IGBT必须维持在短路安全工作区内。IGBT承受短路的时间与电源电压、栅极驱动电压以及结温有密切关系。为了防止由于短路故障造成IGBT损坏&＃xff0c;必须有完善的检测与保护环节。一般的检测方法分为电流传感器和IGBT欠饱和式保护。
　　1、立即关断驱动信号
　　在逆变电源的负载过大或输出短路的情况下&＃xff0c;通过逆变桥输入直流母线上的电流传感器进行检测。当检测电流值超过设定的阈值时&＃xff0c;保护动作封锁所有桥臂的驱动信号。这种保护方法最直接&＃xff0c;但吸收电路和箝位电路必须经特别设计&＃xff0c;使其适用于短路情况。这种方法的缺点是会造成IGBT关断时承受应力过大&＃xff0c;特别是在关断感性超大电流时&＃xff0c; 必须注意擎住效应。
　　2、先减小栅压后关断驱动信号
　　IGBT的短路电流和栅压有密切关系&＃xff0c;栅压越高&＃xff0c;短路时电流就越大。在短路或瞬态过流情况下若能在瞬间将vGS分步减少或斜坡减少&＃xff0c;这样短路电流便会减小下来&＃xff0c;长允许过流时间。当IGBT关断时&＃xff0c;di/dt也减小。限制过电流幅值。