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現(xiàn)市面上的大功率電磁加熱器IGBT模塊為什么容易損壞？

由于大功率電磁加熱器IGBT工作在高頻與高電壓、大電流的條件下，因而， IGBT除了要作降額考慮外，對(duì)IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮。

　　(一)IGBT的工作原理
　　IGBT的安全可靠與否主要由以下因素決定：
　　——IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓;
　　——IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓;
　　——流過(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流;
　　——IGBT的結(jié)溫。
　　如果大功率電磁加熱器IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓，即驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)高超過(guò)柵極-發(fā)射極之間的耐壓則IGBT可能永久性損壞;同樣，如果加在IGBT集電極與發(fā)射極允許的電壓超過(guò)集電極-發(fā)射極之間的耐壓，流過(guò)IGBT集電極-發(fā)射極的電流超過(guò)集電極-發(fā)射極允許的最大電流，IGBT的結(jié)溫超過(guò)其結(jié)溫的允許值，IGBT都可能會(huì)永久性損壞。
　　(二)保護(hù)措施
　　(1) IGBT柵極的保護(hù)
　　大功率電磁加熱器IGBT的柵極-發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電壓VGE的保證值為±20V，如果超出保證值的電壓，則可能會(huì)損壞IGBT，因此，在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置柵壓限幅電路。另外，若IGBT的柵極與發(fā)射極間開路，由于柵極與集電極和發(fā)射極之間寄生電容的存在，使得柵極電位升高，集電極-發(fā)射極有電流流過(guò)。這時(shí)若集電極和發(fā)射極間處于高壓狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)使IGBT發(fā)熱甚至損壞。為防止此類情況發(fā)生，應(yīng)在IGBT的柵極與發(fā)射極間并接一只幾十kΩ的電阻，此電阻應(yīng)盡量靠近柵極與發(fā)射極。
　　由于IGBT其柵極為MOS結(jié)構(gòu)，對(duì)于靜電壓也是十分敏感的，故而對(duì)IGBT進(jìn)行裝配焊接作業(yè)時(shí)也必須注意以下事項(xiàng)：
　　——在需要用手接觸IGBT前，，必須接觸時(shí)要保證此時(shí)人體上所帶的靜電已全部放掉;
　　——在焊接作業(yè)時(shí)，為了防止靜電可能損壞IGBT，焊機(jī)一定要可靠地接地。
　　(2) 集電極與發(fā)射極間的過(guò)壓保護(hù)
　　(2.1)直流過(guò)壓產(chǎn)生的原因是由于前一級(jí)輸入發(fā)生異常。解決的辦法是在選取IGBT時(shí)，進(jìn)行降額設(shè)計(jì);另外，可在檢測(cè)出這一過(guò)壓時(shí)分?jǐn)郔GBT的輸入，保證IGBT的安全。
　　(2.2) 浪涌電壓的保護(hù)
　　因?yàn)殡娐分蟹植茧姼械拇嬖?，加之IGBT的開關(guān)速度較高，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)及與之并接的反向恢復(fù)二極管逆向恢復(fù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電壓Ldi/dt。如果VCESP超出
　　IGBT的集電極-發(fā)射極間耐壓值VCES，就可能損壞IGBT。解決的辦法主要有：
　　——在選取IGBT時(shí)考慮設(shè)計(jì)裕量;
　　—在電路設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整IGBT驅(qū)動(dòng)電路的Rg，使di/dt盡可能小;
　　——盡量將電解電容靠近IGBT安裝，以減小分布電感;
　　——根據(jù)情況加裝緩沖保護(hù)電路，旁路高頻浪涌電壓。
　　由于緩沖保護(hù)電路對(duì)IGBT的安全工作起著很重要的作用，在此將緩沖保護(hù)電路的類型和特點(diǎn)作一介紹。
　　——C(電容)緩沖電路采用薄膜電容，靠近IGBT安裝，其缺點(diǎn)是易產(chǎn)生電壓振蕩，而且IGBT開通時(shí)集電極電流較大。
　　——RC緩沖電路其特點(diǎn)是適合于斬波電路，但在使用大容量IGBT時(shí)，必須使緩沖電阻值增大，否則，開通時(shí)集電極電流過(guò)大，使IGBT功能受到一定限制。
　　——RCD緩沖電路，與RC緩沖電路相比其特點(diǎn)是，增加了緩沖二極管從而使緩沖電阻增大，避開了開通時(shí)IGBT功能受阻的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)木彌_保護(hù)電路，抑制關(guān)斷浪涌電壓。在進(jìn)行裝配時(shí)，要盡量降低主電路和緩沖電路的分布電感，接線越短越粗越好。
　　(3) 集電極電流過(guò)流保護(hù)
　　大功率電磁加熱器IGBT主要有3種保護(hù)方法。
　　(3.1) 用電阻或電流互感器檢測(cè)過(guò)流進(jìn)行保護(hù)
　　可以用電阻或電流互感器與IGBT串聯(lián)，檢測(cè)流過(guò)IGBT集電極的電流。當(dāng)有過(guò)流情況發(fā)生時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷開IGBT的輸入，達(dá)到保護(hù)IGBT的目的。
　　(3.2) 由IGBT的VCE(sat)檢測(cè)過(guò)流進(jìn)行保護(hù)
　　因VCE(sat)=IcRCE(sat)，當(dāng)Ic增大時(shí)，VCE(sat)也隨之增大，若柵極電壓為高電平，而VCE為高，則此時(shí)就有過(guò)流情況發(fā)生，此時(shí)與門輸出高電平，將過(guò)流信號(hào)輸出，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷開IGBT的輸入，保護(hù)IGBT。
　　(3.3) 檢測(cè)負(fù)載電流進(jìn)行保護(hù)
　　若大功率電磁加熱器負(fù)載短路或負(fù)載電流加大時(shí)，也可能使前級(jí)的IGBT的集電極電流增大，導(dǎo)致IGBT損壞。由負(fù)載處(或IGBT的后一級(jí)電路)檢測(cè)到異常后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)切斷IGBT的輸入。