IGBT模塊尖峰電壓吸收電路設計詳解

關斷IGBT時由于電感中儲存有能量，集電極-發射極間會發生浪涌電壓。緩沖電路可以抑制施加在IGBT上的過電壓和關斷損耗的增加。這是由于緩沖電容器可以分擔關斷時的一部分能量。務必妥當處理電容器所吸收的能量。

RCD 緩沖電路：

關斷開關時儲存的能量 : 1/2?LiC2

e+＝ L?diC/dt

如果Cs能夠完全吸收L的能量

1/2?LiC2＝1/2?Cs?Δe2

即成立，因此

Δe＝ i0×√L/Cs

RCD緩沖電路的損耗：

把緩沖電路安裝在每個IGBT上比安裝在直流母線和地線之間更有效。但是，存在Rs上損耗較大的問題。Rs上的損耗是LiC2與開關頻率的乘積，L為0.2μH、iC為100A、開關頻率為10kHz時損耗為20W。此時，在3相橋路電路中，僅緩沖電路的損耗就有120W?？梢酝ㄟ^控降低頻率或向電源再生能量來減少損耗。

為了降低Δe，首先減小L（主電路的分布電感）尤為重要。Cs隨電感變小而變小。

Vs是（配線電感）×-dic/dt、Ds的正向恢復電壓以及（Cs的分布電感）×-dic/dt的總和。

下述要點可以使緩沖電路更有效。

● 以更低的-dic/dt為驅動條件驅動IGBT。（降低IGBT的關斷速度）

● 減小主電路配線的電感。為此設法將電源（電解）電容器放在盡可能靠近IGBT模塊的位置，使用銅板配線，實施分層布置等。

● 緩沖電路也應放在模塊的附近，Cs應采用薄膜電容器等頻率特性好的元件。

● Ds使用正向導通壓降小，反向軟恢復型超快速二極管。

實際緩沖電路：

各相緩沖電路范例

緩沖電容器容量的指標

上一頁的緩沖電路1由于省略了阻尼電阻，電源電線容易受振動噪聲干擾，因此適用于較小容量的應用。將緩沖電路1至3按用途分類的話，各相的緩沖電容器容量的標準分別如下。每個IGBT的緩沖電路的容量是該數值的1/2。

應用于大電力時，如果不使用銅板分層布線降低布線電感的話，可能無法避免緩沖電路中的元件損壞或噪聲干擾引起的誤動作。

阻止放電型緩沖電路（緩沖電路3）：

如果Cs能夠吸收L的所有能量

1/2?L?iC2＝1/2?Cs?Δe2

因此

Cs＝L×(iC/Δe)2

到下一次關斷為止Cs的電荷需要進行放電，對此（Cs×Rs）的時間常數有效。為了放電90%

Rs≦1/(2.3?Cs ?f) f : 開關頻率

于是可以確定Rs的最小值。但是，Rs過小會引起開通時的有害震蕩，因此，采用稍高一些的值為好。

Rs 上的損耗 P(Rs) 與 Rs 的值無關，為

P(Rs)＝1/2?L?iC2

審核編輯：劉清