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IGBT驅(qū)動器要考慮什么因素

青島佳恩半導(dǎo)體有限公司 ? 來源:青島佳恩半導(dǎo)體有限公司 ? 2024-12-09 09:42 ? 次閱讀

各種拓?fù)鋵?a target="_blank">IGBT驅(qū)動器的要求各不相同,比如:

兩電平拓?fù)渫ǔR蠖搪繁Wo(hù)和過壓保護(hù)即可。常用的短路保護(hù)方法又叫VCEsat或退保護(hù)監(jiān)控;過壓保護(hù)一般采用有源鉗位。

對于三電平NPC1拓?fù)?,IGBT在短路時刻的關(guān)斷順序非常重要:

1、必須先關(guān)外管,再關(guān)內(nèi)管,否則內(nèi)管IGBT會承受整個母線電壓而損壞;

2、發(fā)生短路時,驅(qū)動器不應(yīng)該自動關(guān)斷IGBT,而應(yīng)將故障報告給控制單元,由控制單元來確保正確的關(guān)管順序;

3、只有內(nèi)管IGBT采用有源鉗位的情況下,才能忽略關(guān)管順序,并允許驅(qū)動器自動關(guān)斷IGBT。

而NPC2拓?fù)鋭t沒有關(guān)管順序的要求。

NPC1和NPC2拓?fù)涞墓餐攸c(diǎn)是,在正常工作期間,相輸出端U的電壓相對于中性點(diǎn)N在+1/2DC和-1/2DC之間交變,即極性發(fā)生變化。這一特點(diǎn)對于在NPC2拓?fù)渲蠳點(diǎn)和U點(diǎn)之間的IGBT形成雙向開關(guān)特別有意義。

下圖所示為當(dāng)外部開關(guān)(此處未顯示)分別導(dǎo)通和關(guān)斷時內(nèi)管IGBT獲得的電壓。圖a中IGBT的集電極-發(fā)射極電壓始終為正電壓或零(理想化),因此,對于短路和過壓保護(hù),無特殊要求;但是,如果用RB-IGBT作雙向開關(guān),情況則不同,U點(diǎn)存在的交變電壓要求修改經(jīng)典的短路保護(hù)和過壓保護(hù)電路。否則,驅(qū)動器將會損壞,并最終損壞IGBT。

IGBT驅(qū)動器的考慮因素——過壓保護(hù)功能:

IGBT的過壓保護(hù)通常使用有源鉗位電路。(對于小功率應(yīng)用,也可使用“兩電平關(guān)斷”或“軟關(guān)斷”之類的替代方案)。有源鉗位能夠可靠地抑制過壓,其可驅(qū)動IGBT進(jìn)入線性區(qū)從而降低di/dt。

圖a為標(biāo)準(zhǔn)IGBT的有源鉗位設(shè)置。TVS(D2…Dx)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件(例如,直流母線電壓、IGBT的VCES等級)進(jìn)行選擇;二極管D1是避免電流從IGBT的門極流入集電極的必需元件,僅要求40V的阻斷能力即可。

如果選擇圖b所示的帶RB-IGBT的NPC2拓?fù)?,則不能使用帶單向TVS和低壓二極管的典型有源鉗位電路。因?yàn)镽B-IGBT兩側(cè)的電壓將會根據(jù)開關(guān)狀態(tài)改變極性。

只要相應(yīng)IGBT集電極的極性為正,對應(yīng)驅(qū)動器的TVS就可以阻斷來自該驅(qū)動器的電壓;但是,集電極的電壓極性反轉(zhuǎn)后,TVS就開始導(dǎo)通,整個集電極電位將會施加在低壓二極管D1的陽極。此電壓大約等于直流母線電壓的一半,將導(dǎo)致IGBT驅(qū)動器及相關(guān)IGBT損壞。

解決方案1:如圖c所示,全部使用雙向TVS。

缺點(diǎn):負(fù)電壓“Max(C2)”有可能達(dá)到相當(dāng)于雙向TVS擊穿電壓的水平。這仍然會使二極管D1承受過高的反向電壓。

因此不推薦這種方法,而推薦使用方案2。

解決方案2:將低壓二極管D1替換成高壓二極管。該高壓二極管的阻斷電壓必須至少達(dá)到直流母線電壓的一半。

請注意:除了阻斷電壓,還必須考慮二極管的爬電距離和電氣間隙。在有些情況下,可能需要使用多個二極管串聯(lián)。

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原文標(biāo)題:IGBT驅(qū)動器的考慮因素

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