IGBT驱动电路过压保护设计(2)

5．IGBT开关过程中的过电压
IGBT关断时，集电极电流的下降率较高，尤其是在短路故障的情况下，如不采取软关断措施，它的临界电流下降率将达到数千安每微秒。极高的电流下降率将会在主电路的分布电感上感应出较高的过电压，导致IGBT关断时使其电流、电压的运行轨迹超出它的安全工作区而损坏，所以从关断的角度考虑，希望主电路的电感和电流下降率越小越好。但对于IGBT的开通来说，集电极电路的电感有利于抑制续流二极管的反向恢复电流和电容器充放电造成的峰值电流，能减小开通损耗，承受较高的开通电流上升率。一般情况下，IGBT开关电路的集电极不需要串联电感，其开通损耗可以通过改善栅极驱动条件来加以控制。缓冲保护电路对IGBT的安全工作起着很重要的作用，通常采用的缓冲保护电路有以下几种类型。
1）C缓冲电路：如下图所示，该电路采用薄膜电容，靠近IGBT安装，其特点是电路简单，其缺点是由分布电感及缓冲电容构成LC谐振电路，易产生电压振荡。 2）RC缓冲电路：如图（b）所示，其特点是适合于斩波电路，但在使用大容量IGBT时，必须使缓冲电阻的阻值增大，否则，开通时集电极电流过大，使IGBT的功能受到一定限制。
3）RCVD缓冲电路：如图 （c）所示，与RC缓冲电路相比其特点是，增加了缓冲二极管，从而使缓冲电阻增大，避开了开通时IGBT功能受阻的问题。该缓冲电路中缓冲电阻产生的损耗为 式中：L为主电路中的分布电感；Ic为IGBT关断时的集电极电流；f为IGBT的开关频率；C为缓冲电容；Ud为直流电压值。
4）放电阻止型缓冲电路：如图（d）所示，与RCVD缓冲电路相比其特点是，产生的损耗小，适合于高频开关。在该缓冲电路中缓冲电阻上产生的损耗为 在电路设计中应根据实际情况选取适当的缓冲保护电路，抑制IGBT关断时的浪涌电压。在进行装配时，要尽量降低主电路和缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好。
IGBT的缓冲吸收电路又可分为充放电型和放电阻止型。充放电型有RC吸收和RCVD吸收两种，如下图所示。RC吸收电路因电容C的充电电流在电阻R上产生压降，还会造成过冲电压。RCVD吸收电路因用二极管旁路了电阻上的充电电流，从而克服了过冲电压。 下图给出了三种放电阻止型缓冲电路。放电阻止型缓冲电路中吸收电容C1(C2)的放电电压为电源电压，每次关断前C1（C2）仅将上次关断电压的过冲部分能量回馈到电源，减小了吸收电路的功耗。因电容电压在IGBT关断时从电源电压开始上升，它的过电压吸收能力不如RCVD型充放电吸收电路。     从吸收过电压的能力来说，放电阻止型吸收效果稍差，但能量损耗较小。对缓冲吸收电
路的要求是；
1）尽量减小主电路的布线电感L。
2）吸收电容应采用低感吸收电容，它的引线应尽量短，最好直接接在IGBT的端子上。
3）吸收二极管应选用快开通和软恢复二极管，以免产生开通过电压和反向恢复引起较大的振荡过电压。