避免电路中IGBT炸管的有效措施

作者：微叶科技 时间：2015-06-25 17:48

功率晶体管的电压/电流都选得足够大，除了注意自己的人身安全，一般不用担心功率晶 体管会损坏。但是在实际产品实验中，功率晶体管技术规格的裕量不可能选得这么大，大电流、高电压环境下工作的诸多因素在实验状态并不可知，上电即烧管子的现象屡见不鲜。
有些管子的现象比较温和，但是更多的是过流、过压造成的激烈损坏，使功率晶体管“爆炸”，除了自身碎裂，还会导致“放烟花”、“放炮”，这会给实验者的心理造成压力。更为不利的是，炸管往往发生在瞬间，我们没有时间来观察损坏的原因；盲目上电会损坏很多管子，却不能解决问题。
如果经常需要做功率电路实验，如何避免炸管是个很现实的问题。要避免炸管，工程师们自然各有各的方法，下面推荐的是一种较为业余的方法，供入门者参考。
1.用接触式调压器构建实验电源
接触式调压器又称为自耦调压器（图1），虽然与市电不隔离，却可以获得连续可调的电压；加上整流滤波电路后，还可以获得直流电压连续可调的电源，电源功率取决于自耦调压器和整流滤波电路。

 

图1 自耦调压器实物

自耦调压器是一种标准的工业设备，功率从0.5kW 到几kW、数十kW。需要注意的是，自耦调压器的功率指的是输入功率，或者是指变压比为1:1时的输出功率，当输出电压比较低的时候，输出功率会大幅度减少。
自耦调压器有单相的，也有三相的，可以根据现场情况准备。用单相自耦调压器构建的功率实验电源的电路原理图如图2所示，电路采用搭焊即可；K1、K2为机械式电源开关，不限于图中的形式；电源开关和自耦调压器要放在自己触手可及的地方。

 

图2 用自耦调压器搭建的实验电源

之所以要准备这样一台功率实验电源，是因为功率晶体管发生炸管，无非是主电路的电流过大或者电压过高（同样会引起 电流过大）；对于IGBT而言，就是流过集电极—发射极的电流太大了；栅极（基极）驱动不当也会导致主电路的电流过大或者电压过高。无论是何种原因导致炸管，只要主电源的电压不高，就不会引起炸管。有了自耦调压器构建的实验电源，实验时主电路上电可以从0逐渐升高，不会炸管；即使炸管，我们也有时间找到炸管的电压临界点，在该临界点以下调试电路即可。
换言之，有了这样的实验电源，做 电路实验时，一般不会炸管，即使发生了炸管，我们也有时间和条件找出炸管的原因来。
2.为驱动电路和控制电路准备单独的直流电源
为了做电路实验的方便，仅仅有实验电源是不够的，这只满足了主电路的需要。功率晶体管一般工作在高速开关状态，驱动与控制电路的电源（辅助电源、副电源）是必不可少的。
如果辅助电源在系统中是完全独立的，当然比较方便。不过，很多时候，辅助电源会和主电源都有着这样、那样的联系。在做 电路调试时，为了避免主电路和驱动控制电路互相干扰，应该同时准备独立的辅助电源。
驱动和控制 电路一般需要12~25V的直流电源；如果有数字控制电路，可能需要5V的电源。因此，我们最好准备一台5~30V的可调直流电源，能同时输出5V、12V、24V 并且各自独立可调。市场上各种现成的维修电源，可以满足上述要求。
如果条件有限，也可以自制，用工频变压器和常见的LM317 即可以方便地搭建直流可调电源。本节介绍的是更为简单的一种方法，用2~3台闲置的PC电源来搭建辅助电源。即使手中没有闲置的电脑电源，在电脑市场上花10元钱也可以淘到适用的二手电脑电源，搭建成我们所需要的辅助电源的成本不超过30 元。
PC 电源有3组主输出：3. 3V、5V、12V，电流输出能力都相当 乐观。这里，我们不是奔着输出功率来的，而是其低廉的价格，还易于购买。另一优点是，PC 电源是非常成熟而且生产批量很大的产品，其保护功能完善，标准化程度艮高。
图3是用2台PC 电源搭建辅助电源的关键步骤。

 

图3  用PC 电源搭建辅助电源

(1)将两台PC 电源叠加起来，中间垫一层木板或者其他绝缘物，保证二者的外壳绝对不会碰触，然后捆扎起来。当然，让二者分开放置，能保证外壳不会接触也可。
(2)让PC 电源上电 即处于工作状态。  目前常见的PC 电源为ATX 电源，上电 即处于待机状态，需要主板配合才能工作。按图3处理一下，PC 电源即可上电处于工作状态。
(3)将电源输入线（接市电的电源线）的地线插头去掉。两台PC 电源需要两条电源线，不要用那种1分2的电源线。
经过上述处理，两台PC 电源各自任意一组输出就可以串联了。假设两台PC 电源为电源A、B。如果电源A的5V与电源B的3.3V 串 联，就可以得到8.3V的直流 电源；电源A的12V与电源B的12V 串联，就可以得到 24V的直流电源，依次类推。
需要特别注意的是，只能将两台电源之间的各一组输出相串 联，一台电源的各组输出不能串联。这样，我们最高可以得到 1组24V的直流电源，足以满足多数情况下我们对辅助电源的需要了。
如果需要更高的电压规格，可以用3台PC 电源实现，得到最高36V的直流电源，花费的成本也不会超过100元。



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