[发明专利]一种绝缘栅双极型晶体管过流保护点的设置方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子器件领域，具体涉及一种绝缘栅双极型晶体管过流保护点的设置方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是由电力晶体管(GiantTransistor，GTR)和场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，IGBT兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。

由于IGBT具有开关速度快，导通压降低，驱动功率小，工作频率高，门极控制方便等特点，在较高频率的大、中功率变换系统中占据了主导地位。在IGBT的应用中，IGBT的驱动、保护和吸收这三个问题都是至关重要的，其中过流保护更是IGBT应中的关键技术。IGBT通常工作在大功率、环境多变的环境下，并且在功率变换中起着核心作用，IGBT可安全关断的电流仅为2倍的器件额定电流，由于IGBT本身容易发生过流而损毁，因此IGBT的过流保护的可靠与否直接关系着各种产品的安全、可靠运行。

目前，IGBT过流检测主要有两种方式：一是直接检测集电极电流值I_c，根据该电流值来判断是否过流，这种方法比较直观，但是检测精度低，抗干扰能力差，很少在工程上使用；二是采用间接电压法，间接电压法就是利用在某一正向栅极电压下正向导通状态下，管压降V_ce与集电极电流I_c成比例的特性，通过检测V_ce来判断I_c大小的方法。当集电极电流Ic增加时，饱和压降V_ce也随之增大，当IGBT出现过流情况时，V_ce饱和压降也增大至相应数值，因此通过检测IGBT导通时V_ce饱和压降与设定的阈值进行比较就可以判断是否出现过流情况，这种检测方法简单、方便，在工程上得到了广泛的应用。

但是，现有的利用检测V_ce电压来判断IGBT是否出现过流的方法，是建立在假定V_ce电压与集电极电流I_c的对应关系曲线在任何条件下都不变的基础之上的。然而在实际测试中，结温的变化往往对V_ce电压有影响，现有的IGBT过流检测方法大多没有考虑这种影响，导致无法准确检测到V_ce电压，过流保护设置不准确，进而无法实现对IGBT的有效保护。

因此传统的通过检测V_ce来判断过流的方法忽略了结温因素带来的影响，容易造成对过流的判断不准确，造成对IGBT的保护不可靠。

发明内容

针对现有技术中IGBT的过流保护方法没有考虑结温因素、对过流判断不准确的缺点，本发明的目的是提供了一种电路简单，保护动作更快，更加可靠的IGBT过流保护点的设置方法，该方法得到的过流保护点考虑了IGBT结温温度的变化对集电极与发射极间电压V_ce的影响，对过流判断较为准确，对IGBT发生过流时保护的更加及时可靠。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种绝缘栅双极型晶体管过流保护点的设置方法，其改进之处在于：所述方法采用将IGBT处在不同结温温度下的关断电流都在2倍额定电流内，所述IGBT的结温温度范围是25℃～150℃，所述方法包括如下步骤：

(1)分别选取IGBT的结温温度为25℃、125℃和150℃时的Vce与Ic的关系曲线，所述V_ce与I_c的关系曲线中；

(2)选取IGBT结温温度为25℃时V_ce与I_c的关系曲线，确定2倍额定电流点C，以C为基点向横坐标轴作一条垂直线，垂直线与横坐标轴相交得到过流保护点A；

(3)以所述垂直线与IGBT的结温温度为150℃时V_ce与I_c的关系曲线的交点向纵坐标轴作一条水平垂直线，水平垂直线与纵坐标轴相交，得出IGBT的结温温度为150℃时可关断电流值B；