IGBT过流故障和短路故障的区别

在电力电子技术领域，绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种被广泛应用的半导体开关器件。它结合了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的输入阻抗高和双极型晶体管（BJT）的载流能力强的优点。

然而，IGBT在其工作过程中可能会遇到多种故障，其中过流和短路是最常见且对系统稳定性威胁最大的两种故障。本文将详细分析IGBT过流与短路故障之间的区别，并通过比较、举例以及数据支持来增强解释的准确性和条理性。

首先，让我们理解IGBT的基本工作原理。IGBT通过施加在门极上的电压来控制其导通或关断。当门极电压高于阈值电压时，IGBT导通并允许电流通过；当门极电压低于阈值电压时，IGBT关断并阻止电流流动。在理想状态下，IGBT能够在完全导通和完全关断之间快速切换，实现高效的电能转换。

过流故障是指流过IGBT的电流超过了其设计的最大额定电流。这种情况可能是由于外部负载突然减小或电源电压异常升高引起的。过流故障不会立即损坏IGBT，但如果不及时处理，持续的过流会导致器件过热，进而缩短其寿命甚至造成损坏。

短路故障则是指IGBT的集电极和发射极之间发生直接的电气连接，通常是由于外部电路故障或负载侧出现短路造成的。短路故障会导致极大的电流瞬间流过IGBT，远超过其最大额定电流，这种剧烈的电流峰值会立即损坏IGBT，甚至可能引发火灾或其他安全事故。

过流一般是指由于某种原因引起的 负载过载 （例如电机堵转），也有可能是由于软件控制问题导致的电流发散、振荡导致。而短路一般是指桥****臂直通 ，或母线电压经过IGBT的无负载回路（ 相间短路或相对地短路 ）。

过流和短路的保护方法也有所不同，过流保护通常会采用输出电流传感器作为检测元件，在 控制板上通过硬件或软件方式实施保护 ，而短路保护只能通过硬件进行检测，一般会集成到IGBT驱动电路上，通过检测IGBT的退饱和行为来实施保护。

下面我们以工业电机驱动逆变器为例说明一下常见的短路故障，如图1所示：

图1 工业电机驱动短路故障

① 桥臂直通： 一个桥臂的两个IGBT同时开通所导致，这种情况可能是因为遭受了 电磁干扰或控制器故障 ，也有可能是因为桥臂中的一个IGBT故障，而正常的IGBT保持开关动作。

② ** 相对相短路：** 可能是因为性能下降、温度过高或过压事件导致电机绕组之间发生绝缘击穿所引起的，也有可能由于 传输电缆绝缘损坏 。

③ ** 相对地短路：** 同样可能是因为性能下降、温度过高或过压事件导致电机绕组和电机外壳之间发生绝缘击穿所致，也有可能由于传输电缆破损接地。

以上三种故障都可以称为短路故障，但短路回路阻抗不同 。 如果逆变器输出电缆较长且在电缆的末端发生短路，那短路阻抗相对很大，这种短路和过流可能没有太大区别，也可以通过输出电流传感器进行短路保护。

需要说明的是 IGBT发生桥臂直通短路故障的几率相对较小。 因此，在有些低成本应用中，IGBT驱动电路并没有集成短路保护，只有过流保护。这时如果负载侧发生短路，器件是否能够被保住，主要取决于 短路回路阻抗的大小以及电流传感器的响应速度 。