絕緣柵雙極晶體管（IGBT）廣泛用于功率逆變器，工業驅動器，電動汽車家用電器的充電器， 電機控制和感應加熱，因為它們易于使用且性能高電壓和電流驅動能力。如今，功率半導體制造商正在提供 IGBT 模塊具有更高的功率密度。功率密度極限由最大功率損耗決定，消散優化標準是封裝技術以及傳導和開關損耗半導體芯片。模塊的高電流密度以及高開關速度， 在正常開關操作和過載條件下，對驅動電路提出了更高的要求。

有源鉗位開關技術提供的解決方案說明了如何實現現代的大功率 IGBT 具有很高的可靠性， 特別是在高速鐵路和汽車牽引應用中。

IGBT 模塊關閉瞬間高壓分析

IGBT 模塊和轉換器電路的寄生電感無法完全消除。其對系統行為的影響也不容忽視。

圖1 IGBT開關圖

圖2 IGBT開關電壓電流曲線

圖 1 說明了包含在其中的寄生電感換向電路。關斷 IGBT 引起的電流變化在其 IGBT 處產生過沖電壓集電極端子，如圖 2 所示。原則上，IGBT 的換向速度（以及關斷過電壓）會受到關斷柵極電阻Rg（off）。該技術尤其用于較低的功率水平。但是，Rg（關閉）然后必須匹配過載條件，例如雙倍額定電流的關斷，短路和暫時增加的鏈接電路電壓。在正常操作中，這會導致開關損耗增加，并且關閉延遲，從而降低了模塊的可用性或效率。結果，這種簡單的技術是不適合用于現代大功率模塊。

上一段中描述的問題導致了兩級關斷，軟關斷和慢關斷驅動器電路的發展，這些電路以可逆的柵極電阻工作。在正常操作中，低歐姆柵極電阻用于關閉 IGBT，以最大程度地降低開關損耗；高歐姆的當檢測到短路或浪涌電流時使用“ A”）。但是，問題出在可靠地滿足以下條件：去飽和監控始終會延遲一段時間，直到檢測到故障為止（通常為 4-10μs）稱為響應時間。當 IGBT 以比響應時間短的脈沖驅動時如果發生短路，則不會檢測到故障，并且驅動器會過快地關閉。產生的過電壓破壞 IGBT。此外，極限情況的覆蓋范圍（在過電流/非過電流之間）會帶來問題；例如，關斷雙倍額定電流時，很可能會發生比短路關斷時更高的過電壓。這些類型的驅動器電路必須被認為是危險的。建議用戶不要在更高級別使用它們電力設備以及期望高可靠性的系統中。

帶高壓TVS 鉗位的電路分析

反饋支路由一個鉗位元件組成，該鉗位元件通常由一系列瞬態電壓組成抑制（TVS）二極管。如果集電極-發射極之間的電壓超過擊穿電壓的大約鉗位元件，電流通過反饋流到 IGBT 的柵極，從而提高其電勢，因此集電極電流的變化率減小，從而產生穩定的狀態。 IGBT 兩端的電壓為然后由夾緊元件的設計決定。 IGBT 在其輸出的有效范圍內運行并將雜散電感中存儲的能量轉換為 IGBT 熱。夾緊過程繼續直到雜散電感被消磁。這里涉及的基本關系典型曲線的基礎如圖 3 的下部所示。

單個高壓 TVS 二極管，或幾個串聯的低壓 TVS 二極管，產生的高電平電壓，可用于基于直流電源線電壓或 IGBT Vce 電壓提供有源鉗位。從圖4可以看出明顯的保護效果。

保護器件TVS 一般選用leiditech P6SMB600CA或SMCJ600CA，根據動作電壓需求可以調整型號。

圖3 IGBT開關圖(with TVS)

圖4 IGBT開關電壓電流曲線（with TVS）

LEIDITECH P6SMB600CA

總結

電子產品的接口防護需用過壓保護器件，很多工程師意識到要用保護器件，但由于選型不當或沒按照 ESD 電路 PCB 設計原則，造成產品靜電測試或 EMC 測試不通過，產品多次驗證測試，浪費人力財力，造成產品延遲上市的事情總有發生，或過度設計，造成成本壓力。

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