IGBT驅(qū)動(dòng)器要考慮什么因素

各種拓?fù)鋵?duì)IGBT驅(qū)動(dòng)器的要求各不相同，比如：

兩電平拓?fù)渫ǔＲ蠖搪繁Ｗo(hù)和過(guò)壓保護(hù)即可。常用的短路保護(hù)方法又叫VCEsat或退保護(hù)監(jiān)控；過(guò)壓保護(hù)一般采用有源鉗位。

對(duì)于三電平NPC1拓?fù)?，IGBT在短路時(shí)刻的關(guān)斷順序非常重要：

1、必須先關(guān)外管，再關(guān)內(nèi)管，否則內(nèi)管IGBT會(huì)承受整個(gè)母線電壓而損壞；

2、發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)器不應(yīng)該自動(dòng)關(guān)斷IGBT，而應(yīng)將故障報(bào)告給控制單元，由控制單元來(lái)確保正確的關(guān)管順序；

3、只有內(nèi)管IGBT采用有源鉗位的情況下，才能忽略關(guān)管順序，并允許驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)關(guān)斷IGBT。

而NPC2拓?fù)鋭t沒(méi)有關(guān)管順序的要求。

NPC1和NPC2拓?fù)涞墓餐攸c(diǎn)是，在正常工作期間，相輸出端U的電壓相對(duì)于中性點(diǎn)N在+1/2DC和-1/2DC之間交變，即極性發(fā)生變化。這一特點(diǎn)對(duì)于在NPC2拓?fù)渲蠳點(diǎn)和U點(diǎn)之間的IGBT形成雙向開關(guān)特別有意義。

下圖所示為當(dāng)外部開關(guān)（此處未顯示）分別導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)內(nèi)管IGBT獲得的電壓。圖a中IGBT的集電極-發(fā)射極電壓始終為正電壓或零（理想化），因此，對(duì)于短路和過(guò)壓保護(hù)，無(wú)特殊要求；但是，如果用RB-IGBT作雙向開關(guān)，情況則不同，U點(diǎn)存在的交變電壓要求修改經(jīng)典的短路保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路。否則，驅(qū)動(dòng)器將會(huì)損壞，并最終損壞IGBT。

IGBT驅(qū)動(dòng)器的考慮因素——過(guò)壓保護(hù)功能：

IGBT的過(guò)壓保護(hù)通常使用有源鉗位電路。（對(duì)于小功率應(yīng)用，也可使用“兩電平關(guān)斷”或“軟關(guān)斷”之類的替代方案）。有源鉗位能夠可靠地抑制過(guò)壓，其可驅(qū)動(dòng)IGBT進(jìn)入線性區(qū)從而降低di/dt。

圖a為標(biāo)準(zhǔn)IGBT的有源鉗位設(shè)置。TVS（D2…Dx）根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件（例如，直流母線電壓、IGBT的VCES等級(jí)）進(jìn)行選擇；二極管D1是避免電流從IGBT的門極流入集電極的必需元件，僅要求40V的阻斷能力即可。

如果選擇圖b所示的帶RB-IGBT的NPC2拓?fù)?，則不能使用帶單向TVS和低壓二極管的典型有源鉗位電路。因?yàn)镽B-IGBT兩側(cè)的電壓將會(huì)根據(jù)開關(guān)狀態(tài)改變極性。

只要相應(yīng)IGBT集電極的極性為正，對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器的TVS就可以阻斷來(lái)自該驅(qū)動(dòng)器的電壓；但是，集電極的電壓極性反轉(zhuǎn)后，TVS就開始導(dǎo)通，整個(gè)集電極電位將會(huì)施加在低壓二極管D1的陽(yáng)極。此電壓大約等于直流母線電壓的一半，將導(dǎo)致IGBT驅(qū)動(dòng)器及相關(guān)IGBT損壞。

解決方案1：如圖c所示，全部使用雙向TVS。

缺點(diǎn)：負(fù)電壓“Max（C2）”有可能達(dá)到相當(dāng)于雙向TVS擊穿電壓的水平。這仍然會(huì)使二極管D1承受過(guò)高的反向電壓。

因此不推薦這種方法，而推薦使用方案2。

解決方案2：將低壓二極管D1替換成高壓二極管。該高壓二極管的阻斷電壓必須至少達(dá)到直流母線電壓的一半。

請(qǐng)注意：除了阻斷電壓，還必須考慮二極管的爬電距離和電氣間隙。在有些情況下，可能需要使用多個(gè)二極管串聯(lián)。

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