ABB 5SHY3545L0014 3BHE023784

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众所周知，IGBT是一种用MOS来控制晶体管的新型电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，被广泛应用在变频器的逆变电路中。但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。为此，必须对IGBT进行相关保护。一般我们从过流、过压、过热三方面进行IGBT保护电路设计。

IGBT承受过电流的时间仅为几微秒，耐过流量小，因此使用IGBT首要注意的是过流保护。那么该如何根据IGBT的驱动要求设计过流保护呢?

IGBT的过流保护可分为两种情况：(1)驱动电路中无保护功能;(2)驱动电路中设有保护功能。对于第一种情况，我们可以在主电路中要设置过流检测器件;针对第二种情况，由于不同型号的混合驱动模块，其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同，使用时要根据实际情况恰当选用。对于大功率电压型逆变器新型组合式IGBT过流保护则可以通过封锁驱动信号或者减小栅压来进行保护。

过压保护则可以从以下几个方面进行：

●尽可能减少电路中的杂散电感。

●采用吸收回路。吸收回路的作用是;当IGBT关断时，吸收电感中释放的能量，以降低关断过电压。

●适当增大栅极电阻Rg。

IGBT的过热保护一般是采用散热器(包括普通散热器与热管散热器)，并可进行强迫风冷。

新旧型对比
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在传统的使用和设计IGBT的过程中，基本上都是采用粗放式的设计模式，所需余量较大，系统庞大，但仍无法抵抗来自外界的干扰和自身系统引起的各种失效问题。那么该如何突破传统的IGBT系统电路保护设计来解决上述问题呢?

传统保护模式

防护方案防止栅极电荷积累及栅源电压出现尖峰损坏IGBT——可在G极和E极之间设置一些保护元件，如图1的电阻RGE的作用，是使栅极积累电荷泄放(其阻值可取5kΩ);两个反向串联的稳压二极管V1和V2，是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。另外，还有实现控制电路部分与被驱动的IGBT之间的隔离设计，以及设计适合栅极的驱动脉冲电路等。然而即使这样，在实际使用的工业环境中，以上方案仍然具有比较高的产品失效率——有时甚至会超出5%。相关的实验数据和研究表明：这和瞬态浪涌、静电及高频电子干扰有着紧密的关系，而稳压管在此的响应时间和耐电流能力远远不足，从而导致IGBT过热而损坏。 [3]

图1 传统保护模式和新型保护模式电路对比

传统保护模式和新型保护模式电路对比

新型保护模式

将传统的稳压管改为新型的瞬态抑制二极管(TVS)。一般栅极驱动电压约为15V，可以选型SMBJ15CA。该产品可以通过IEC61000-4-5浪涌测试10/700US6kV。

TVS反应速度极快(达PS级)，通流能力远超稳压二极管(可达上千安培)，同时，TVS对静电具有非常好的抑制效果。该产品可以通过IEC61000-4-2接触放电8kV和空气放电15kV的放电测试。

将传统电阻RG变更为正温度系数(PPTC)保险丝。它既具有电阻的效果，又对温度比较敏感。当内部电流增加时，其阻抗也在增加，从而对过流具有非常好的抑制效果。

作为电力电子重要大功率主流器件之一，IGBT已经广泛应用于家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域。在工业应用方面，如交通控制、功率变换、工业电机、不间断电源、风电与太阳能设备，以及用于自动控制的变频器。在消费电子方面，IGBT用于家用电器、相机和手机。

产品市场
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国内市场需求急剧上升曾使得IGBT市场一度被看好。虽然长期来看，IGBT是一个值得期待的市场，可是到目前为止IGBT的核心技术和产业为大多数欧美IDM半导体厂商所掌控，中国在2014年6月成功研制出8寸IGBT专业芯片，打破国际垄断 [5] 。并且随着各国政府都将削减可再生能源及交通等领域的支出，IGBT市场能否再度增长?

根据最新的调查报告显示，各种IGBT器件和模块的销售额在2013年将有一定程度的复苏，2014年稍稍减速，待经济复苏并稳定后，从2015年开始将稳定增长。虽然2013年IGBT市场增长趋势有所下降，但随着国内技术的进步，其发展前景还是十分被看好的。

故障排除人员的专业知识在隔离过程中起着关键作用，他们遵循安全有效的程序。故障排除人员通过以下方式隔离原因:

首先查看低维护项目，并检查所有方便的可能性以节省时间

熟悉有助于故障排除的任何特定模式，如内置自检和诊断

遵守所有现场安全协议

拆卸前，确保系统断电并离线

几乎所有建筑机械都有操作手册和/或设备日志。许多都有故障诊断清单和指南。这应该是故障排除人员的主要信息来源，并有助于消除许多用于消除问题和深入问题原因的“有根据的猜测”。一旦原因被隔离到特定部件，就可以进行建筑设备修理。

3.纠正问题的原因

该步骤包括通过执行建筑设备维修或消除问题的活动来纠正问题。它还可能涉及调用临时替代设备或备用设备，如租费或者备用机。这应该是公司整体故障准备计划的一部分。

有时，建筑设备维修就像转动开关或调整阀门一样简单，但通常需要更换主要部件，有时甚至是整个机器。为了解决问题，故障排除人员将测试、分析和重新测试设备。至关重要的是消除问题的原因，而不仅仅是修复受影响的组件。未能处理实际原因，例如调整另一个组件来补偿问题，将总是导致进一步的复杂化和未来的故障。

4.验证问题是否得到解决

测试部件以确认故障原因总是在机器恢复使用前进行。通常，有必要再次检查提醒操作员初始故障的相同部件。

这里的目的是证明这个问题不再存在。而且必须彻底。当既有快速程序又有长程序时，长程序更可取，即使它可能需要更多时间。这有助于确保问题得到纠正，而不是掩盖另一个问题，这将重复故障。

在验证过程中，应进行以下观察:

检查与维修项目相关的所有仪表、读数和物理操作

执行制造商建议的流程，以验证部件、系统或整台机器的完整性

使用批准的程序，建立正常运行条件，并在运行时检查设备

通过彻底验证设备的正常运行，操作员和故障检修人员相对确信问题已被正确解决。为了帮助确保问题不再发生，通常会进行跟进。