IGBT模塊尖峰電壓吸收電路設(shè)計(jì)詳解

關(guān)斷IGBT時(shí)由于電感中儲(chǔ)存有能量，集電極-發(fā)射極間會(huì)發(fā)生浪涌電壓。緩沖電路可以抑制施加在IGBT上的過電壓和關(guān)斷損耗的增加。這是由于緩沖電容器可以分擔(dān)關(guān)斷時(shí)的一部分能量。務(wù)必妥當(dāng)處理電容器所吸收的能量。

RCD 緩沖電路：

關(guān)斷開關(guān)時(shí)儲(chǔ)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(gè)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(guān)頻率的乘積，L為0.2μH、iC為100A、開關(guān)頻率為10kHz時(shí)損耗為20W。此時(shí)，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(fù)電壓以及（Cs的分布電感）×-dic/dt的總和。

下述要點(diǎn)可以使緩沖電路更有效。

● 以更低的-dic/dt為驅(qū)動(dòng)條件驅(qū)動(dòng)IGBT。（降低IGBT的關(guān)斷速度）

● 減小主電路配線的電感。為此設(shè)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(shí)施分層布置等。

● 緩沖電路也應(yīng)放在模塊的附近，Cs應(yīng)采用薄膜電容器等頻率特性好的元件。

● Ds使用正向?qū)▔航敌?，反向軟恢?fù)型超快速二極管。

實(shí)際緩沖電路：

各相緩沖電路范例

緩沖電容器容量的指標(biāo)

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(dòng)噪聲干擾，因此適用于較小容量的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)分別如下。每個(gè)IGBT的緩沖電路的容量是該數(shù)值的1/2。

應(yīng)用于大電力時(shí)，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(dòng)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(guān)斷為止Cs的電荷需要進(jìn)行放電，對(duì)此（Cs×Rs）的時(shí)間常數(shù)有效。為了放電90%

Rs≦1/(2.3?Cs ?f) f : 開關(guān)頻率

于是可以確定Rs的最小值。但是，Rs過小會(huì)引起開通時(shí)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(guān)，為

P(Rs)＝1/2?L?iC2

審核編輯：劉清