IGBT驱动器的考虑因素——过压保护功能:
IGBT的过压保护通常使用有源钳位电路。(对于小功率应用,也可使用“两电平关断”或“软关断”之类的替代方案)。有源钳位能够可靠地抑制过压,其可驱动IGBT进入线性区从而降低di/dt。
图a为标准IGBT的有源钳位设置。TVS(D2…Dx)根据实际应用条件(例如,直流母线电压、IGBT的VCES等级)进行选择;二极管D1是避免电流从IGBT的门极流入集电极的必需元件,仅要求40V的阻断能力即可。
如果选择图b所示的带RB-IGBT的NPC2拓扑,则不能使用带单向TVS和低压二极管的典型有源钳位电路。因为RB-IGBT两侧的电压将会根据开关状态改变极性。
只要相应IGBT集电极的极性为正,对应驱动器的TVS就可以阻断来自该驱动器的电压;但是,集电极的电压极性反转后,TVS就开始导通,整个集电极电位将会施加在低压二极管D1的阳极。此电压大约等于直流母线电压的一半,将导致IGBT驱动器及相关IGBT损坏。
解决方案1:如图c所示,全部使用双向TVS。
缺点: 负电压“Max(C2)”有可能达到相当于双向TVS击穿电压的水平。这仍然会使二极管D1承受过高的反向电压。
因此不推荐这种方法,而推荐使用方案2。
解决方案2:将低压二极管D1替换成高压二极管。该高压二极管的阻断电压必须至少达到直流母线电压的一半。
请注意: 除了阻断电压,还必须考虑二极管的爬电距离和电气间隙。在有些情况下,可能需要使用多个二极管串联。
为了提高有源钳位电路的效率,CONCEPT在多个驱动器中装备了高级有源钳位(AAC)功能。AAC在驱动器内部的输出级中使用附加的反馈电路。根据实际的钳位电流/过压状况,内部的
推动级MOSFET将被线性地关断。如果使用带RB-IGBT的NPC2拓扑,则需要修改常规的AAC设计。
图a所示为包含D1和D3(低压二极管)的标准IGBT常用的AAC。由于仅使用一个双向TVS(Dx),当–DC/2施加于端子U时,A点将会产生危险的高压。这会导致二极管D1和D3以及20R电阻过载,最终导致整个驱动器过载。