摘要：通过对igbt损坏机理的分析，根据其损坏的原因，采取相应措施对其进行保护，以保证其安全可靠工作。

关键词：igbt；mosfet；驱动；过压；浪涌；缓冲；过流；过热；保护

引言

绝缘栅双极型晶体管igbt是由mosfet和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为mosfet，输出极为pnp晶体管，因此，可以把其看作是mos输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点，既具有mosfet器件驱动简单和快速的优点，又具有双极型器件容量大的优点，因而，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。

在中大功率的开关电源装置中，igbt由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点，已逐步取代晶闸管或gto。但是在开关电源装置中，由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下，使得它容易损坏，另外，电源作为系统的前级，由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大，故igbt的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而，在选择igbt时除了要作降额考虑外，对igbt的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。

1 igbt的工作原理

igbt的等效电路如图1所示。由图1可知，若在igbt的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则mosfet导通，这样pnp晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若igbt的栅极和发射极之间电压为0v，则mosfet截止，切断pnp晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。

由此可知，igbt的安全可靠与否主要由以下因素决定：

——igbt栅极与发射极之间的电压；

——igbt集电极与发射极之间的电压；

——流过igbt集电极－发射极的电流；

——igbt的结温。

如果igbt栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则igbt不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则igbt可能永久性损坏；同样，如果加在igbt集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压，流过igbt集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流，igbt的结温超过其结温的允许值，igbt都可能会永久性损坏。

2 保护措施

在进行电路设计时，应针对影响igbt可靠性的因素，有的放矢地采取相应的保护措施。

2．1 igbt栅极的保护

igbt的栅极－发射极驱动电压vge的保证值为±20v，如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压，则可能会损坏igbt，因此，在igbt的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外，若igbt的栅极与发射极间开路，而在其集电极与发射极之间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极－发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时，可能会使igbt发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开，在不被察觉的情况下给主电路加上电压，则igbt就可能会损坏。为防止此类情况发生，应在igbt的栅极与发射极间并接一只几十kω的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发射极。如图2所示。

由于igbt是功率mosfet和pnp双极晶体管的复合体，特别是其栅极为mos结构，因此除了上述应有的保护之外，就像其他mos结构器件一样，igbt对于静电压也是十分敏感的，故而对igbt进行装配焊接作业时也必须注意以下事项：

——在需要用手接触igbt前，应先将人体上的静电放电后再进行操作，并尽量不要接触模块的驱动端子部分，必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉；

——在焊接作业时，为了防止静电可能损坏igbt，焊机一定要可靠地接地。

2．2 集电极与发射极间的过压保护

过电压的产生主要有两种情况，一种是施加到igbt集电极－发射极间的直流电压过高，另一种为集电极－发射极上的浪涌电压过高。

2.2.1 直流过电压