2SP0325 IGBT驱动器结合New MPD轻松实现可再生能源逆变器系统的(2)

高级有源钳位功能
IGBT驱动器2SP0325的一个关键功能是控制IGBT关断过压。在设计即插即用的驱动器时所面临的挑战是，如何设置驱动器的参数以使其适合各种变换器系统，而无需更改门极电阻或其他驱动器参数。
带dv/dt反馈的动态高级有源钳位

图3：带dv/dt反馈的动态高级有源钳位

大家熟悉的基本有源钳位（图3中的方框AC）在关断时可限制IGBT的集电极-发射极电压。这种钳位电路是将IGBT的集电极电位通过瞬态电压抑制二极管(TVS)反馈到IGBT门极的单反馈电路。IGBT会在集电极-发射极电压超过预设的阈值时立即部分导通，然后维持在线性区内工作，因此可降低集电极电流的下降速率，进而限制集电极-发射极过压。

在SCALE-2技术中，高级有源钳位(AAC)功能（图3中的方框AC和AAC）是由驱动器的副方ASIC实现的。只要电阻R2右侧的电位因有源钳位动作而升高，与GL相连的驱动器的推动级的关断MOSFET就会被逐步关断。这样会减少从IGBT门极流出并流入COM的电荷，该电荷流经关断门极电阻Rg,off。其作用是减小IGBT关断时集电极-发射极过压，并降低TVS损耗[3]。
dv/dt反馈
2SP0325驱动器中额外增加了dv/dt反馈功能（图3）。其作用是，在正常开关工作中实现非常有效的关断过压限制，而不会造成TVS热过载。在集电极-发射极电压升高时，会有电流（可根据等式 i=C∙du/dt计算得出）流入与TVS并联的dv/dt反馈电容。该电流将进一步为高级有源钳位提供支持，因为它流入同一个驱动器端子，但会早于高级有源钳位的TVS动作。通过采用这种额外的驱动方法，VCE电压钳位变得更有效，TVS损耗更低。因此，可以提高IGBT的开关频率，或者可以在更大的直流母线杂散电感下开关IGBT模块，而不会超出IGBT的反向偏置安全工作区(RBSOA)。并且，不需要使用吸收电容。
CM2500DY-24S的关断比较，Lσ=15nH和30nH (IC=2500A, VDC=800V, TA=25°C)

图4：CM2500DY-24S的关断比较，Lσ=15nH和30nH (IC=2500A, VDC=800V, TA=25°C)

图5：CM2500DY-24S的关断比较，Lσ=15nH和30nH (IC=5000A, VDC=800V, TA=25°C)

通过在不同的集电极电流和直流母线杂散电感Lσ条件下，对CM2500DY-24S IGBT模块进行的关断测量， SCALE-2技术的优势得到了充分展现。高级有源钳位和dv/dt反馈将IGBT关断速度控制到尽可能最大，而不会超出RBSOA。这在图4中的针对额定电流的关断峰值过压测量(Vce,peak=1086V @ Lσ=15nH, Vce,peak=1090V @ Lσ=30nH)和在图5中的针对两倍额定电流的关断峰值过压测量(Vce,peak=1097V @ Lσ=15nH, Vce,peak=1085V @ Lσ=30nH)中清晰可见，这两个测量的结果几乎相同。门极-发射极电压的振荡与钳位电路的控制反馈有关并且是完全正常的。在集电极-发射极电压上升阶段开始时，我们可以清晰地看到与dv/dt反馈相关的门极-发射极电压抬升。在第二部分，门极-发射极电压抬升与集电极关断电流的高di/dt有关，这可以激活高级有源钳位功能。

该测量是在半桥电路中采用双脉冲测量方法完成，并且由2SP0325T为CM2500DY-24S提供驱动。在测量中使用特定的1µF/1250V缓冲电容将杂散电感降至最小值15nH。测量结果显示，在整个母线电压VDC=800V下，驱动器可以安全关断IGBT模块两倍额定的电流。测得的关断过压低于1200V限值，具有足够的安全裕量。图4和图5中的测量在25°C下完成。85°C（这是门极驱动器的最大工作环境温度限值）环境温度下，VCE关断过压提高了60V，但仍明显处于IGBT模块的RBSOA内。
动态高级有源钳位
CONCEPT的动态高级有源钳位(DA2C)是在2SP0325驱动器基础上的进一步开发。在有源钳位回路中增加了额外的TVS（图3中的方框DA2C），与高级有源钳位中使用的TVS串联。从IGBT导通开始，到IGBT发出关断指令后的大约15-20us内，辅助IGBT Q0都处于打开状态，将这个额外的TVS短接，以降低有源钳位的门槛值，确保获得高效的有源钳位（在IGBT关断时额外的TVS不工作）。在经过该15-20us的延迟时间后，辅助IGBT Q0关断，这个加装的TVS被激活，驱动器的有源钳位的门槛值被提高，这样可以允许直流母线电压在IGBT关断期间上升到更高的值。举例来说，紧急停机后变换器系统的输出电感会消磁，从而导致不可避免的直流母线电压短时升高，动态高级有源钳位允许这种情况发生。

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