逆变H桥IGBT单管驱动+保护详解

这几天沉下心来专门给逆变器的后级，也就是大家熟悉的H桥电路换上了IGBT管子，用来深入了解相关的特性。

大家都知道，IGBT单管相当的脆弱，同样电流容量的IGBT单管，比同样电流容量的MOSFET脆弱多了，也就是说，在逆变H桥里头，MOSFET上去没有问题，但是IGBT上去，可能开机带载就炸了。这一点很多人估计都深有体会。当时我看到做**的哥们用FGH25N120AND这个，反映很容易就烧了，当时不以为然。

只到我在工作中遇到，一定要使用IGBT的时候，我才发现我错了，当初我非常天真的认为，一个IRFP460,20A/500V的MOSFET，我用个SGH40N60UFD 40A/600V的IGBT上去怎么样也不会炸的吧，实际情况却是，带载之后，突然加负载和撤销负载，几次下来就炸了，我以为是电路没有焊接好，然后同样的换上去，照样炸掉，这样白白浪费了好多IGBT。

后来发现一些规律，就是采用峰值电流保护的措施就能让IGBT不会炸，下面我就会将这些东西一起详细的说一说，说的不好请大家见谅，这个帖子会慢慢更新，也希望高手们多多提出意见。

我们将这个问题看出几个部分来解决：

1，驱动电路；

2，电流采集电路；

3，保护机制；

一、驱动电路

这次采用的IGBT为IXYS的，IXGH48N60B3D1，详细规格书如下：

IXGH48N60B3D1

驱动电路如下：

这是一个非常典型的应用电路，完全可以用于IGBT或者MOSFET，但是也有些不一样的地方。

1，有负压产生电路，

2，隔离驱动，

3，单独电源供电。

首先我们来总体看看，这个电路没有保护，用在逆变上100%炸，但是我们可以将这个电路的实质摸清楚。

先讲讲重点：

1：驱动电阻R2，这个在驱动里头非常重要，图上还有D1配合关闭的时候，让IGBT的CGE快速的放电，实际上看需要，这个D1也可以不要，也可以在D1回路里头串联一个电阻做0FF关闭时候的栅极电阻。

下面发几个波形照片，不同的栅极电阻，和高压HV+400V共同产生作用的时候，上下2个IGBT栅极的实际情况。

上面的图，是在取消负压的时候，上下2管之间的栅极波形，栅极电阻都是在10R情况下。

上面的图是在不加DC400V情况下测量2管G极波形，下图是在DC400V情况下，2管的栅极波形。

为何第二个图会有一个尖峰呢。这个要从IGBT的内部情况说起，简单来说，IGBT的GE上有一个寄生的电容，它和另外的CGC一个寄生电容共同组成一个水池子，那就是QG，其实这个和MOSFET也很像的。

那么在来看看为何400V加上去，就会在下管上的G级上产生尖峰。借花献佛，抓个图片来说明：

如上图所示，当上官开通的时候，此时是截止的，由于上官开通的时候，这个时候要引入DV/DT的概念，这个比较抽象，先不管它，简单通俗的说就是上管开通的时候，上管等效为直通了，+DC400V电压立马加入到下管的C级上，这么高的电压立刻从IGBT的寄生电容上通过产生一个感应电流，这个感应电流上图有公式计算，这个电流在RG电阻和驱动内阻的共同作用下，在下管的栅极上构成一个尖峰电压，如上面那个示波器的截图所示。到目前为止，没有引入米勒电容的概念，理解了这些，然后对着规格书一看，米勒电容是什么，对电路有何影响，就容易理解多了。

这个尖峰有许多坏处，从上面示波器截图可以看出来，在尖峰时刻，下管实际上已经到7V电压了，也就是说，在尖峰的这个时间段内，上下2个管子是共同导通的。下管的导通时间短，但是由于有TON的时间关系在里面，所以这个电流不会太大。管子不会炸，但是会发热，随着传输的功率越大，这个情况会更加严重，大大影响效率。

本来是要发出加入负压之后波形照片，负压可以使这个尖峰在安全的电平范围内。示波器需要U盘导出位图，这样清晰，今天发懒没有摸仪器了，后面再去补上去。

二，电流采集电路

说到这一步，就是离保护不远了，我的经验就是电流采集速度要很快，这样才能在过流或短路的时候迅速告诉后面的电路->，这里出问题了。让IGBT迅速安全的关闭。

这个电路该如何实现呢？对于逆变电路，我们可以直接用电阻采样，也可以用VCE管压降探测方式。管压降探测这个论坛里有多次讨论出现过，但是都没有一个真正能用，真正实际应用过，测试过的电路（专用驱动芯片例外），这是因为每种实际应用的参数大不一样，比如IGBT参数不同，需要调整的参数很多，需要一定的经验做调整。

我们可以从最简单的方式入手，采用电阻检测这个电流，短路来了，可以在电阻上产生压降，用比较器和这个电压进行比较，得出最终是否有过流或者短路信号。

用这个图就可以了，因为原理非常简单，就一个比较的作用，大家实现起来会非常容易，没有多少参数可以调整的。

上图是采样H桥对地的电流，举个例子：如果IGBT是40A，我们可以采取2倍左右的峰值电流，也就是80A，对应上图，RS为0.01R,如果流入超过80A脉冲电流那么在该电阻上产生0.01R*80A=0.8V电压，此电压经过R11，C11消隐之后到比较器的+端，与来自-端的基准电压相比较，图上的-端参考电阻设置不对，实际中请另外计算，本例可以分别采用5.1K和1K电阻分压变成0.81V左右到-端，此时如果采样电阻RS上的电压超过0.8V以上，比较器立即翻转，输出SD 5V电平到外部的电路中。这个变化的电平信号就是我们后面接下来需要使用的是否短路过流的信号了。

有了这个信号了，那我们如何关闭IGBT呢？我们可以看情形是否采取软关闭，也可以采取直接硬关闭。

采取软关闭，可以有效防止在关闭的瞬间造成电路的电压升高的情况，关闭特性非常软，很温柔，非常适合于高压大功率的驱动电路。

如果采取硬关闭，可能会造成高压DC上的电压过冲，

比如第一图中的DC400V高压可能变成瞬间变成DC600V也说不定，当时我看一些资料上的记载的时候，非常难以理解：关就关了嘛，高压难道还自己升上去了？实际情况却是真实存在的。

如果大家难以理解，可以做个试验，家里有水塔的，最清楚，水塔在很高的楼上，水龙头在一楼，打开水龙头，水留下来了，然后用极快的速度关闭这个水龙头，你会听到水管子有响声，连水管子都会要震动一下（不知道说的对不对，请高手指正，在此引入水龙头这个例子还得感谢我读书的时候，老师看我们太笨了，讲三极管特性原理的时候打的比喻，在此我要感谢他），IGBT在桥电路的原理同样如此。在IGBT严重短路的时候，如果立马硬关闭IGBT，轻则只是会在母线上造成过冲的感应电压（至于为何会过冲可以查阅相关资料，很多资料都说到了），管子能抗过去，比如你在直流高压母线上并联了非常好的吸收电容，有多重吸收电路等等。。

重则，管子关闭的时候会失效，关了也没有用，IGBT还是会被过冲电压击穿短路，而且这个短路是没有办法恢复的，会立即损坏非常多的电路。有时候没有过压也能引起这种现象，这个失效的原理具体模型本人未知，但是可以想象的是可能是由于管子相关的其他寄生电容和米勒电容共同引起失效的，或者是由于在过流，短路信号发生时候，IGBT已经发生了擎柱效应就算你去关，关也关不死了。

还有第三种方式，是叫做：二级关闭，这种方式简单来说，就是检测到了短路，过流信号，PWM此时这个脉冲并没有打算软关闭或直接关闭，而是立即将此时刻对应的VGE驱动脉冲电压降低到8V左右以此来判断是否还是在过流或短路区域，如果还是，继续沿用这个8V的驱动，一直到设定的时间，比如多个个us还是这样就会立即关了，如果不是，PWM将会恢复正常。这种方式一般可能见到不多，所以我们不做深入研究。

理解了这些，我们可以看情况来具体采用那些关闭的方式，我认为在2KW级别中，DC380V内，直接采取硬关闭已经可以满足要求了，只需要在H桥上并联吸收特性良好的一个电容，就可以用600V的IGBT了。

关键的一点就是检测时候要快速，检测之后要关闭快速，只有做到了快，IGBT就不会烧。

和爱的人睡在一起是“大补”，有科学依据吗？

都说睡觉是最好的补药，但怎么睡能更“补”？

最近社交媒体开始流行一种“伴侣睡眠效应”，#和爱的人睡在一起是大补#登上了热搜第一。

然而，此前也有不少研究表示，一个人睡不用受他人的影响，两个人睡反倒是互相打扰，如若伴侣中的一方因焦虑失眠，很容易将对方唤醒。

那么，有伴侣同床共枕，究竟会睡更香还是睡更差？

一起睡，能“补”什么

确实有研究表明，同床共枕有可能让人睡得更香。

德国综合精神病学中心（ZIP）的Henning Johannes Drews博士及其同僚，在《精神病学前沿》杂志发表的一项研究认为：伴侣一起睡觉更“补脑”。

该研究收集、分析并对比了受试者们独自睡觉和与伴侣同睡的各项数据，发现受试者们在与伴侣同睡时反而不易受外界打扰，且增加了很多无意识的肢体活动，比如抱一下对方或把腿压在对方身上等情况。 然而，这些运动并没有影响双方的睡眠状态。

伴侣同睡过程性的无意识肢体活动效果

研究分析了觉醒次数、打鼾次数等影响睡眠的不良因素，认为伴侣在一起睡得更香，主要体现在双方同睡时快速动眼期（REM）的时间占比有所增加。

快速动眼期是睡眠过程中的一种阶段，相对于其他睡眠阶段眼球的转动频次更快，因此得名。处于快速动眼期的睡眠也称为REM睡眠，与非快速动眼期睡眠（NREM睡眠）循环交替，组成一个完整的睡眠周期。

已有的研究发现，REM睡眠阶段可以使人的全身肌肉更放松，脑部神经元更活跃，新陈代谢活动更强烈。

REM睡眠最厉害的功能还是“补脑”，该阶段是做梦最频繁的时段，也是大脑整合各种信息碎片的时段，对人的记忆功能、学习能力有重要影响，还有助于激发创造力。而长期缺乏REM睡眠，可能引起严重的认知障碍。因此，REM阶段在睡眠中的“占比”及“出现是否有规律”，是衡量一个人睡眠质量的重要指标。

REM睡眠通过调节神经元突触来促进学习和记忆

Drews博士推测，伴侣同睡时REM睡眠的占比增加，可能是因为伴侣的存在使受试者感到睡眠环境更“安全”。这与人类早期的生存状况脱不开干系，人类祖先为了避免野兽侵袭，往往相伴而睡，而这种记忆深深地刻入了我们的基因。

无论如何，伴侣同睡提升的REM睡眠的占比，能有效地帮助伴侣们缓解压力，使双方都带着饱满的精神去迎接生活，可以算是一种“滋补”。

但对于伴侣共眠的研究，科学家们并没有止步于此。

一起睡的“滋补”效果差异

伴侣同睡的“滋补”效果受伴侣的感情关系影响。

在Drews博士的研究中，感情越好的伴侣REM睡眠占比越高，这是由于两人的睡眠状态更“同步”：从入睡时间到清醒时间，以及睡眠过程中REM睡眠与NREM睡眠的切换频率、模式，都比感情一般的伴侣更相近。（注：该研究中的伴侣感情关系，由受试者填写的问卷调查评估。）

除了感情基础，伴侣间共同生活的时长，也能侧面影响同睡时的“滋补”效果。长时间一起生活的伴侣，可能导致生活习惯的高度统一，从而使两人的睡眠模式也更相近。

但值得注意的是，伴侣同睡的“滋补”效果并不稳定。

2018年，美国一项检验“夫妻之间睡眠质量相关度”的研究，对600对夫妇进行了长达8天的睡眠记录观测，发现各组同睡夫妻中，睡眠时长较长的夫妻睡眠质量也更好，但当伴侣中一方的睡眠情况出现异常时，另一方也会出现相似的异常。

可见伴侣间有一人出现睡眠问题时，存在拉低另一方睡眠质量的可能。

所以在失眠患者的治疗中，其伴侣的参与是非常重要的一环，只有双方一同调整心态、改变习惯，才能真正有效地缓解患者的失眠症状。

伴侣同睡的“滋补”效果，不仅受各种客观因素影响，还存在不可忽视的主观因素——“性别差异”。

不同性别的同睡“滋补”效果不同

同床而眠的“滋补”效果，受性别差异的影响。

国外研究发现相对男性而言，女性更容易受到同睡伴侣打鼾、梦呓等“无意识”行为的影响。

而男性的睡眠不仅不易受伴侣影响，甚至有特殊的“噪声屏蔽”功能。

影视剧中常见的经典镜头：同床而眠的夫妻听到夜半婴啼时，都是妈妈们起床照顾，而爸爸们仿佛听不到。

有研究发现男人睡觉时确实听不到婴儿的哭声，但反倒是对汽车鸣笛声更敏感。

英国萨塞克斯大学的思维实验室（Mind Lab）的一项睡眠测试，通过给睡眠中的受试者播放各种噪声，同时使用监测仪器观察受试者的大脑活动变化，发现不同性别对不同噪声的敏感度存在差异：

其中最容易影响女性睡眠的声音依次是孩子的哭声、滴水声、吵闹声、鼾声等；最影响男性睡眠的声音依次是汽车鸣笛声、风声、苍蝇的嗡嗡声、下水道噪音等。

负责该测试的心理学家戴维·刘易斯认为，两性睡眠中对声音敏感度的差异，可能是两性间的进化差异所致，女性主要承担照顾孩子和家庭成员的责任，因此对孩子的哭声、鼾声、吵闹声更敏感。

男女除了睡眠过程中的“抗干扰机制”不同，睡眠习惯也存在不同。

来自德国慕尼黑工业大学的研究团队，发现相对女性有规律的入睡时间，男性更喜欢根据自身的状况改变入睡时间，特别是在白天经历过较强的体力劳动之后，这很可能导致他们与女性伴侣的睡眠过程不同步，从而影响女性伴侣的睡眠质量。

所以女性更应该自己睡吗？当然不是，女性还可以在择偶时，选择那些与自己睡眠习惯更接近的人，从根源上解决问题。

至于到底该同睡还是独睡，属于只有自己最清楚的个人问题，特别是广大没对象的“单身狗”，也没有选择同睡的余地……

参考资料：

[1]Drews HJ, Wallot S, Brysch P, Berger-Johannsen H, Weinhold SL, Mitkidis P, Baier PC, Lechinger J, Roepstorff A, Göder R. Bed-Sharing in Couples Is Associated With Increased and Stabilized REM Sleep and Sleep-Stage Synchronization.

[2]Peever J, Fuller PM. The Biology of REM Sleep. Curr Biol. 2017 Nov 20;27(22):R1237-R1248. doi: 10.1016/j.cub.2017.10.026. PMID: 29161567.

[3]Decker, A.N., Fischer, A.R. & Gunn, H.E. Socio-Ecological Context of Sleep: Gender Differences and Couples’ Relationships as Exemplars. Curr Psychiatry Rep 24, 831–840 (2022).

[4]Soomi Lee, Lynn M. Martire, Sarah A. Damaske, Jacqueline A. Mogle, Ruixue Zhaoyang, David M. Almeida, Orfeu M. Buxton,Covariation in couples' nightly sleep and gender differences,Sleep Health,Volume 4, Issue 2,2018,Pages 201-208

[5]Soomi Lee, Lynn M. Martire, Sarah A. Damaske, Jacqueline A. Mogle, Ruixue Zhaoyang, David M. Almeida, Orfeu M. Buxton,Covariation in couples' nightly sleep and gender differences,Sleep Health,Volume 4, Issue 2,2018,Pages 201-208

[6]Deanna Meyler, Jim P. Stimpson, M. Kristen Peek,Health concordance within couples: A systematic review,Social Science & Medicine,Volume 64, Issue 11,2007,Pages 2297-2310

[7]Arber S, Hislop J, Bote M, Meadows R. Gender roles and women’s sleep in mid and later life: A quantitative approach. Sociol Res. Online12. 2007 doi: 10.5153/sro.1609.

[8]Meadows R, Arber S, Venn S, Hislop J. Engaging with sleep: Male definitions, understandings and attitudes. Sociol Health Illn. 2008;30:696–710. doi: 10.1111/j.1467-9566.2008.01088.x.

[9]Randler C, Barrenstein S, Vollmer C. Women would like their partners to be more synchronized with them in their sleep-wake rhythm. Span J Psychol. 2014;17:E70.

作者：彤云 黄俊皓

来源： 中国新闻周刊

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