工业电机驱动系统中IGBT短路保护关键技术探讨

摘要

随着工业电机驱动市场对效率、可靠性和稳定性要求的不断提升，功率半导体器件制造商正致力于降低导通损耗和缩短开关时间。在提升绝缘栅极双极性晶体管（IGBT）导通损耗的过程中，我们需要权衡短路电流水平、芯片尺寸、热容量和短路耐受时间。这些考量凸显了栅极驱动器电路和过流检测保护功能的重要性。本文将探讨在现代工业电机驱动系统中实现短路保护的关键技术。

工业环境下的短路现象

工业电机驱动器的工作环境较为恶劣，可能面临高温、交流线路瞬变、机械过载、接线错误等问题，这些因素可能导致电机驱动器功率电路中出现过流。图1展示了三种常见的短路事件。

图1 工业电机驱动中的典型短路事件

1. 逆变器直通：可能因逆变器桥臂IGBT错误开启、电磁干扰或控制器故障导致。皖南电机

2. 相间短路：可能因电机绕组绝缘击穿引起。

3. 相线对地短路：可能因电机绕组与外壳绝缘击穿引起。电机可承受较高电流，而IGBT的短路耐受时间仅为微秒级。

IGBT短路耐受能力

IGBT短路耐受时间与跨导、增益和芯片热容量相关。高增益可能导致较高的短路电流，但同时也降低通态导通损耗。技术进步促使短路电流水平提高，而短路耐受时间缩短。此外，更高直流总线电压也导致短路耐受时间缩短。建议IGBT保护电路具备额外裕量，以防误触发。皖南电机价格表

IGBT过流保护

为了确保系统可靠性，IGBT过流保护至关重要。过流保护通常通过电流测量或去饱和检测实现。图2展示了相关技术。

图2 IGBT过流保护技术示例

1. 电流测量：需要分流电阻等测量器件，并通过快速执行跳变电路及时关断IGBT。

2. 去饱和检测：利用IGBT本身作为电流测量元件，通过监测集电极-发射极电压变化实现短路检测。皖南电机

检测到IGBT过流后，需关闭处于高电流状态的IGBT。正常工作条件下，栅极驱动器设计为快速关闭IGBT，降低开关损耗。然而，过流条件下的栅极关断速率可能导致较大的过压电平。因此，在去饱和事件发生期间，提供阻抗较高的关断路径很重要。皖南电机价格表

逆变器直通也可能在正常工作条件下发生。此时，IGBT导通要求驱动至饱和区域，而关断要求驱动至截止区域。导通时开关节点电压的快速变化可能导致低端IGBT瞬时导通，增加功耗，影响可靠性。

为解决逆变器IGBT感应导通问题，可采用双极性电源或额外的米勒箝位。这些栅极驱动器功能对整个系统的可靠性与效率具有积极影响。