IGBT过电压其保护.doc

《IGBT过电压其保护.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、IGBT过电压其保护9目录1过电压产生的原因12过电压类型12.1Vge过电压12.2Vce过电压13过电压的保护23.1无源缓冲网络23.1.1单电容吸收电路23.1.2RC缓冲电路33.1.3充放电型RCD缓冲电路33.1.4放电阻止型缓冲电路33.1.5RCD缓冲电路43.2有源钳位43.2.1有源钳位的基本形式43.2.2影响有源钳位速度的因素43.2.3如何选择钳位电路的形式53.2.4有源嵌位的一些重要特性53.2.5有源嵌位必要性评估63.2.6有源嵌位对母线电压的约束63.2.7动态有源嵌位介绍73.2.8软关断与有源嵌位的区别83.3动态栅极控制83.4减小配线电感99

2、1过电压产生的原因当功率半导体上的电压因为过电压而总值超过击穿电压值时，就会出现损毁危险。这不仅适用于晶体管，而且对二极管也适用。因为IGBT的开关速度很快，IGBT关断时或者FWD反向恢复时会产生很高的di/dt，模块周边的配线寄生电感会产生L・(di/dt)电压，即关断浪涌电压。对于换流回路，原则上可以把过电压分为外部和内部过电压。在这里“外部过电压”是指外加的换流电压Ed，它瞬态电压上升并超过额定电压。这种情况在实际应用中可能发生，比如在直流电网的电气化铁路系统中以及其他能源供应电网中发生。类似的情况还有直流母线电压瞬间超高(例如，通过反馈型负载的变化或脉冲整流器的控制错误而引起)

3、；“内部过电压”是因为功率开关关断时换流回路的电感Ls造成的，或因为开关过程中引起的震荡而产生的。2过电压类型对IGBT和MOSFET模块，过电压可以出现在集电极和发射极(或漏极和源极)之间，即两个主要端口接口之间，也可以出现在栅极和发射极(或栅极和源极)之间，即控制端口接口之间。2.1Vge过电压控制端口过电压主要为门极过电压，抑制门极过电压的方法是采用门极钳位。2.2Vce过电压关断浪涌电压是由于IGBT关断时主电路电流急剧变化，在主电路的寄生电感上感应出高电压而产生的。由于IGBT通常工作在高频开关状态，又是电压驱动型器件，输入阻抗很高。因此，主电路电感引起的电压尖峰会通过IGBT

4、的结间电容耦合到驱动控制回路，进而引起IGBT误动作，甚至损坏IGBT模块。另一方面，主电路电感引起的电压尖峰，严重时会超过IGBT的电压额定值，损坏IGBT，因此，需特别注意设计IGBT模块的主电路，应尽量减小功率电路的电感，设计好吸收回路以吸收IGBT的电压尖峰保护。关断浪涌电压峰值的计算公式如下：dIC/dt是关断时集电极电流变化率的最大值，VCESP超过RBSOA或VCES时将导致IGBT损坏；9由于主电路电感Ls引起的浪涌电压△V的能量：如上所示，主电路电感引起的浪涌电压的能量与工作电流的平方成正比，因此大功率逆变回路更需要注意减少功率回路的电感。为了降低大功率回路母线电感，就

5、需要特殊的母线结构，通常采用由交错镀铜层和绝缘层构成的迭层母线结构，正、负极板处于绝缘层的两面，并尽量在两面重叠。正、负宽平极板就像吸收电容的作用，起到了减小功率回路寄生电感的作用，为了使母线电感量尽量达到最小，宽平正负母线极版尽量靠近电解电容。1过电压的保护在功率模块的主要端口(集电极-发射极电压，直流母线电压)的过电压限制措施可分为以下几种：1.无源缓冲网络；2.有源钳位；3.动态栅极控制；4.减小配线电感；1.1无源缓冲网络无源缓冲网络(缓冲器)是由无源元件构成，如R、L、C、抑制二极管、二极管、压敏电阻等。无源缓冲网络的工作原理是利用一个电容器来吸收换流回路中的电感存储的能量，从

6、而避免这个感应能量(E=Ls/2·i²)导致的过电压。在两个冲放电过程中，前次的吸收的能量必须要被消耗掉，这样才能保证第二次充电过程的效果。简单的缓冲器通过电阻把能量转换成热能，或者利用直流母线电容器来对母线电压进行缓冲均衡。基本电路缓冲电路类型无源网络的优势除了简单的拓扑电路外，它不需要有源元件。它的缺点是对过电压的限制值受到换流器的工作点的影响，因此，应按照“最坏情况”去设计(考虑到过电流，短路，高的di/dt等)。1.1.1单电容吸收电路最简单的方法是在功率模块的直流母线接口并联一个电容器(MKP电容)，在许多电压型转换器中，这种方法就足够了。一般电容的容值是0.1到2μF。在电容

7、的选择时要注意以下参数:1.电容器的直流电压等级(如1000伏，1250伏，1700伏)；91.电容容值和寄生电感值；2.抗脉冲电流冲击能力；3.电容器的有效电压和有效电流值(功耗)；4.使用寿命。这种方法的不足之处在于，主电路寄生电感与缓冲电容构成LC谐振电路，母线电压容易产生振荡。1.1.1RC缓冲电路为了抑制寄生元素C和L之间产生的寄生震荡，稳压电路可以使用一个RC网络来实现。这种措施经常被使用在低电压大电流的情况中，用来避免