怎样抑制IGBT集电极过压尖峰

IGBT关闭时，集电极电流量Ic快速减少到0，大幅度转变的di/dt流过在设备杂散电感器，造成感应电压ΔV。ΔV累加在母线电压上，使IGBT承担高过平时的工作电压地应力。就算这工作电压尖峰时间不长，也有可能对IGBT导致永久毁坏。

di/dt与IGBT处理芯片特点相关，也和关闭时元器件电流量相关。当元器件在短路故障或是过电流情况下关断时，集电极工作电压过冲会分外大，有可能会超出额定电流，进而毁坏IGBT。

因此怎样抑制关闭后的工作电压尖峰，是一个非常值得讨论的话题讨论。

从集电极过充电压计算公式：

V=Ls*di/dt

我们不难发现，减少工作电压过充有两条路：

1. 减少系统软件杂散电感器

2. 减少电流量，从而减少电流量弹性系数di/dt

3. 推动慢一些，从而减少电流量弹性系数di/dt

要减少系统软件杂感，是一个系统软件方面的难题，这个我们单论文开题再讲。

但减少电流量弹性系数di/dt也会增加关闭耗损，怎样解决那样分歧呢？

文中关键想从推动设计方案的视角，讨论一些减少电流量弹性系数，进而抑制工作电压过冲的方式。

减少电流量弹性系数，好多人想起的第一个办法就是提升门极电阻器，但这一方式并不是一直有效，特别是对FS trench stop的技术性。稍微提升门极电阻器甚至有可能提升di/dt，应门极电阻器增至很大的情况下，才也会降低di/dt。一味地提升门极关闭电阻器，会明显提升关闭耗损，因而此方法并要不得。

IGBT4的关闭波型更改门极电阻器，集电极过压并没明显变化

那样除开提升门极电阻器，还有什么办法能够降低di/dt？从推动角度观察，有三种方法：

1 两脉冲信号关闭

两脉冲信号关闭思路要在关闭环节中缓减关闭速率，降低di/dt，进而严格把关断过压减少到一个科学合理的值。当IGBT被 关闭时，栅极电压并不是立即降到0V或是负电压，而是极短的时间，栅极电压先降至UTLTO，这一工作电压低于正常导通电压，可是高过斯泰格平台上的工作电压。然后从UTLTO降到0V或者负电压。一般来说，UTLTO能选9~14V间的工作电压，UTLTO的电流和延续时间长短可调。

两脉冲信号关闭作用可整合在IGBT驱动芯片中，例如1ED020I12-FT。两脉冲信号关闭的电流和延续时间一般用一个电容器CTLTO或是电容器与电阻器的集合体来达到。当电容充电达到一个特定值，便会开启控制器的输出信号UOUT，假如输入信号Uin比设置的tTLTO短,输入信号一般会被抑制,而输出信号会保持一致。

下面的图提出了有没有TLTO的功能关闭短路容量比照。图a没有使用TLTO技术性而关闭了短路故障,而图b表明运用了TLTO关闭的波型。能比较清楚地看到，栅极电压和发射极-集电极工作电压中的强烈震荡显著缓解，更为重要所产生的过压减少了。在这个例子中,图a中出现了1125V的峰值电压。在图b所显示的测量法中,工作电压仅有733V(在每一个事例中直流母线电压为400V,且都采用了一个400A/1.2kV的IGBT)。

(a)并没有TLTO作用

(b)有TLTO作用

两脉冲信号关闭机器能集成化在驱动芯片中。传统集成化两脉冲信号关闭的功能IGBT控制器IC如图所示。TLSET管脚外置一个肖特基二极管和一个电容器，肖特基二极管用于设置两脉冲信号关闭的工作电压；而电容器用于设置两脉冲信号关闭的时间也。

1ED020I12_BT/FT

1ED38X1MX12M，不用外置电子元器件，只根据信息化的配备，就可以设定两脉冲信号关闭的脉冲信号及延续时间， 可简化电路原理及BOM。

1ED38X1MX12M

1ED38X1MX12M 两脉冲信号关闭状态图

1ED38X1MX12M两脉冲信号分辨基本参数挡位

2 软关闭

软关闭能够确保短路故障状态下安全性关闭。假如推动检测出短路故障，软关闭作用不是用标准化的关闭电阻器将IGBT的栅极电压拉直降0V或是负电压，只是应用一个相对性强的特性阻抗来释放出来门极电流量，该特性阻抗可以延迟时间栅压电容器的自放电，使IGBT关闭速率减缓。一旦栅极电压降到某一值（比如2V），高阻抗便会被一个低阻抗 短路故障，那样能够确保迅速而完全地给栅-射极电容放电。软关闭的基本原理如图所示。

1ED34X1MX12M、1ED38X1MX12M，这三款处理芯片各自根据模拟和数字的方式去配备软关闭电流量，都有高达16档的软关闭电流量挡位可以选择。

数字功放钳位的基本原理是：在关闭的过程当中，IGBT CE间由于di/dt造成工作电压尖峰。只需集电极处电位差超过二极管VD1的山崩工作电压， 单边的TVS二极管VD1便会通断且通过电流量。电流量I1穿过VD1,VD2,RG和VT2，若是在栅压电阻器Rg上所产生的压力降高过IGBT的阈值电压Vth，则IGBT再度开启，从而减少了关闭环节中的di/dt。因而，为了增加栅极电压，务必造成充足的电流量。

假如IGBT外界栅极电压为1ohm，栅极电压为-15V， 而阈值电压为6V，为了能再度开启IGBT，务必使数字功放钳位的工作电流超过21A，因而TVS二极管VD1和阻隔二极管VD2必须符合21A浪涌电流的需要。除此之外，TVS管一定要高压二极管，常见的系列型号为1.5KExxx

但此类电源电路也是有缺陷，如击穿场强与气温密不可分，并且阻隔二极管结电容比较大，IGBT电源开关时，位移电流会被du/dt附加增加。

另一个更简洁的方法是什么把数据信号意见反馈到推动推挽电路以前，如下图所示:

电流量I2根据阻隔二极管VD5、电阻器R2和MOSFET VT8。电阻器R2比RG的电阻值 要高一些，所以只要电流量I1有一部分排出就可造成充足的工作电压来开启VT5和关掉VT6。一旦VT5通断，I1不会再根据栅压电阻器RG，只是对输入电容CGE电池充电。所有这些对电源电路有以下益处:

1. 由于根据二极管的电流量比较低，能用比较便宜的TVS SMD二极管。

2. 所需的室内空间仅由击穿电压和电气间隙来确定。

3. 电源电路反映特别快。

以上就是几类广泛使用的集电极工作电压尖峰抑制的办法。在其中数字功放钳位必须高压二极管，额外价格昂贵；两脉冲信号关闭可整合在驱动芯片中，传统式计划方案只需在驱动芯片另加二极管和电容器，而全新1ED X3 digital版本号处理芯片，无需要外置元器件就可以实现两脉冲信号关闭的主要参数调整。而且，1ED X3 analog/digital处理芯片还搭载了软关闭作用，不用外场元器件，就可以实现16档软关闭电流的调整。