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NPC-2三电平功率模块中 逆阻型IGBT的门极驱动器应用(3)
IGBT驱动器的考虑因素——短路保护功能
下图所示为经典的短路保护方案，该方案中使用高压二极管检测IGBT的集电极电位。
但是，如果选择了带RB-IGBT的NPC2拓扑，该方案则不能正常工作。
与过压保护功能中解释的原因相同，只要集电极电压为正（相对于发射极），且驱动器的高压二极管可阻断集电极和驱动器的检测输入端之间的电压，这种方法就可以用；但是只要集电极电压变为负，二极管就开始导通，过高的电流将流过二极管，这将会损坏驱动器和/或IGBT。
更先进的短路保护方法是将高压二极管替换为电阻网络（图a中的Rvce）。该电阻网络能够在IGBT导通状态下测量VCE电压。电阻Rvce可降低集电极电压并限制从集电极流向驱动器检测输入端的电流。
该短路保护电路的工作原理是：
1、IGBT关断状态下，驱动器内部的MOSFET将检测管脚连接到COM（门极驱动器的负电位）。然后，电容Cax预充电/放电至负电源电压；
2、在IGBT打开且处于导通状态下时，上述MOSFET关断。随着VCE降低，Cax从COM电位充电至IGBT饱和电压。Cax上的电压始终与由Rref决定的参考电压进行比较。
3、发生短路时，电容Cax的电压随着IGBT退饱和而升高。当Cax的电压高于参考电压时，驱动器即将此视为故障状况。
图b描述了短路保护的过程。
如果在关断状态下IGBT的集电极出现负电压，则K点的电压也将为负电压。
为了防止驱动器的检测管脚输出电流，需要在电路中再增加一个二极管D2（图7）。否则，在驱动电路的ASIC中将会产生衬底电流并发生闩锁效应（注：也可在ASIC内进行有源整流以解决此问题）。
二极管D2可将K点的电压钳位在发射极电位，防止/限制电流从驱动器的检测管脚流出。
下面两张图是在相同条件下测得(VDC = 800V, Iload = 650A)，唯一的区别是右图使用了上图中的额外二极管D2。
比较两张图中通道8(“Vk”)的两种测量结果后可以发现，电压Vk被限制为“较低”的负值（使用D2时为-2.9V，不使用D2时为-78V）。
下图演示了使用富士电机的RB-IGBT NPC2功率模块4MBI300VG-120R-50配合CONCEPT标准版本的2SC0106T驱动核（2SC0108T和2SC0435T等其他驱动核也适用），并按推荐的电路
对短路和有源钳位进行修改，能够成功的进行短路保护。使用无吸收电容的标准装置，施加的直流母线电压为800V。
总结
综上所述，对于使用RB-IGBT的NPC2拓扑，需要修改经典的保护功能，例如退饱和监控和有源钳位。这些修改可利用CONCEPT提供的标准驱动核方便地实现。
如果不做这些修改，相输出端的负电压将会使驱动器过载，从而损坏驱动器并最终损坏整个功率单元。本文推荐的解决方案，为RB-IGBT新技术在太阳能发电和UPS等领域中的应用开辟了新的道路。