IGBT是功率逆变器的重点保护对象

IGBT是一种功率器件，在功率逆变器中承担功率转换和能量传输的功能。它是逆变器的心脏。同时，IGBT也是功率逆变器中最不可靠的元件之一。它对器件的温度、电压和电流非常敏感。稍有超出，就会变得无能，无法修复。IGBT损坏意味着逆变器必须更换或大修。因此，IGBT是功率逆变器的重点保护对象。

逆变器核心部件IGBT介绍

IGBT失效的三种模式。电气故障最为常见，因为IGBT承担电流电压转换的功能，而且频率很高。IGBT主电路过高、驱动电压过高或外部尖峰电压过高都可能导致过压损坏。此外，逆变器的过载或短路 可能会导致过电流。二是温度故障。IGBT 在运行过程中会产生大量热量。如果热量不能及时散去，可能会因过热而损坏。机械故障很可能发生在制造、加工、运输和安装过程中。这种情况非常罕见。

1. IGBT驱动保护

IGBT本身是电流开关器件。何时开启、何时关闭、开启或关闭多长时间由变频器的 CPU 控制。但是DSP输出的是PWM信号，速度快但功率不够。驱动器的主要功能是放大 PWM 信号。

IGBT 控制非常高的高频电流，并产生电磁干扰信号。此外，由于驱动器靠近IGBT，驱动电路必须具有隔离功能。目前驱动隔离方案有光耦、光纤、脉冲变压器、磁耦合等。每种方法的优缺点如下：

2. IGBT过流/短路保护

在设计 IGBT 时，通常给电流留出 10% 以上的裕量。但在逆变器工作时，由于元件与负载短路，负载侧故障导致过流，负载侧有特别大的感性负载。启停时会有高次谐波电流。此时逆变器输出电流会急剧上升，导致IGBT的工作电流急剧上升。

IGBT短路分为两种情况： 直通电流发生在变流器桥臂中，称为I型短路。转换器的短路点发生在负载侧，等效短路阻抗高，称为II型短路。II型短路一般可以认为是逆变器中的严重过电流。当短路发生时，如果不采取相关措施，IGBT会迅速进入去饱和状态，瞬态功耗会超过极限而损坏，因为IGBT只能维持几微秒的过电流。

因此，当发生短路时，应尽快关断IGBT，关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压过低。切得太快，造成电压应力超限，损坏IGBT。有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。当短路发生时，如果不采取相关措施，IGBT会迅速进入去饱和状态，瞬态功耗会超过极限而损坏，因为IGBT只能维持几微秒的过电流。因此，当发生短路时，应尽快关断IGBT，关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压过低。切得太快，造成电压应力超限，损坏IGBT。

有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。当短路发生时，如果不采取相关措施，IGBT会迅速进入去饱和状态，瞬态功耗会超过极限而损坏，因为IGBT只能维持几微秒的过电流。因此，当发生短路时，应尽快关断IGBT，关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压过低。切得太快，造成电压应力超限，损坏IGBT。有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。

并且瞬态功耗会超过极限而损坏，因为IGBT只能承受过电流只有几微秒。因此，当发生短路时，应尽快关断IGBT，关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压过低。切得太快，造成电压应力超限，损坏IGBT。有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。并且瞬态功耗会超过极限而损坏，因为IGBT只能承受过电流只有几微秒。因此，当发生短路时，应尽快关断IGBT，关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压过低。切得太快，造成电压应力超限，损坏IGBT。

有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。并且关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压切断过快，造成电压应力超限，损坏IGBT。有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。并且关断速度要平缓，以保证电流变化率在一定范围内，从而避免电压切断过快，造成电压应力超限，损坏IGBT。有源钳位方案具有快速响应措施，使 IGBT 驱动器能够尽快运行。

3. IGBT过温保护

当功率逆变器环境温度过高，或逆变器散热不良时，持续过热会损坏IGBT。如果设备继续短路，大电流产生的功率会导致温度升高。如果芯片温度超过硅本征温度(约250℃)，器件将失去阻断能力，门控将得不到保护，导致IGBT失效。设计主要考虑两个方面：一是加强和改善IGBT管的散热条件，包括风道设计、散热片设计制作、加强制冷等;二、设计过热检测保护电路，采用IGBT模块内置热敏电阻测量IGBT散热温度。这是非常准确的。当温度超过设定值时，IGBT将关断，停止工作。

4. IGBT机械故障保护

为便于散热，IGBT采用螺钉连接，安装在散热器上。这个螺丝的连接强度很讲究，应该合适。如果用力过大，会损坏 IGBT。如果用力过轻，在运输和安装过程中，振动会导致接触不良，热阻增大，器件会出现过温损坏。在安装 IGBT 时，将使用专用螺丝刀。根据 IGBT 型号，采用相应的扭矩，保证 IGBT 连接牢固，不易损坏。

结论

IGBT 是功率逆变器中最敏感、最脆弱的器件。同时，它也是逆变器中最昂贵、最关键的部件，需要采取多种不同的保护措施。

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