如何保护电机驱动器和可再生能源系统中的IGBT

UVLO欠压锁定

　　ACPL-332J栅极驱动光电耦合器提供有欠压锁定(UVLO, Under Voltage Lock-Out)功能，透过强迫器件在启动时为低电压输出以避免不足的栅极电压。IGBT通常需要大约15V的栅极电压以达到规格要求的VCE(SAT)饱和电压，如果电压低于12V，IGBT可能会在线性区工作，使得VCE(SAT)饱和电压会在较大电流时大幅度提高，造成温度过高问题，在这种情况下，光电耦合器的UVLO欠压锁定功能就可以避免输出在栅极驱动器电源电压不足时导通IGBT。　　

图2：典型的IGBT工作区。

　　[图说]
　　Collector Current IC(A) = 集电极电流IC (A)
　　Saturation Region = 饱和区
　　Linear region = 线性区
　　Collector-Emitter Voltage VCE (V) = 集射极电压VCE (V)

去饱合检测和IGBT软关断

　　错误检测功能监测IGBT的 VCE(SAT) 电压，并于集电极电压进入去饱和区并超出预先设定的阀值时触发本地的错误保护关机程序，去饱和可以由接线错误引起的相位或轨电源短路、计算错误造成控制信号失效以及因负载引发的过载情况，或是栅极驱动电路中的零组件问题造成，在去饱和情况下，IGBT的电流和功耗会大幅度增加，造成IGBT过热，进而可能引发灾难性的故障。　　

图3：具备去饱和检测和有源米勒箝位功能的ACPL-332J。

　　IGBT的集射极电压 VCE由器件的DESAT引脚 (pin 14) 监测，当发生短路且VCE电压超过内部设定的去饱和错误检测阀值电压(7V)时，器件会启动受到控制的软关断动作以避免过大的电流变化(di/dt)造成电压短时脉冲，在此同时，内部的隔离反馈通道会拉低FAULT引脚 (pin 3) 输出告知微控制器发生错误情况。

米勒箝位

　　IGBT工作时一个常见的问题是米勒电容所引起的寄生导通问题，在关断时IGBT上如果发生电压变化(dVCE/dt)，S2将会形成因本身寄生米勒电容 CCG 所引发的电流，这个电流流过栅极电阻RG 和内部电阻RDRIVER，造成IGBT栅极到射极上的压降，如果这个电压超过IGBT的栅极阀值电压，那么就可能造成S2的寄生导通，引起电流击穿问题。　　

4：(a)IGBT因米勒电容造成的寄生导通，(b)有源米勒箝位可以对寄生米勒电流进行分流。

　　[图说]
　　DRIVER = 驱动器
　　Miller Capacitor = 米勒电容
　　Gate Voltage Spike! = 栅极电压短时脉冲!
　　High dV/dt = 高dV/dt电压变化
　　Shoot Through! = 击穿!
　　DRIVER = 驱动器
　　Miller Capacitor = 米勒电容
　　Low resistant path to shunt the parasitic Miller current = 对寄生米勒电流进行分流的低阻值路径
　　High dV/dt = 高dv/dt电压变化