保護電路設計方法 - 過電壓保護

1、保護電路設計方法-過電壓保護iGBTEdfVcc：直L;主建略的分佈施D：a流二權管m：LR.B6斬液路H7翩嘶時的動作迪形n2.過電壓f保護過電壓的產(chǎn)生及抑制方法過電壓產(chǎn)生的原因對于IGBT開關速度較高，IGBT關斷時及FWD逆向恢復時，產(chǎn)生很高的di/dt,由于模塊周圍的接線的電感，就產(chǎn)生了Ldi/dt電壓（關斷浪涌電壓）。這里，以IGBT關斷時的電壓波形為例，介紹產(chǎn)生原因和抑制方法，以具體電路（均適用IGBT/FWD）為例加以說明。為了能觀測關斷浪涌電壓的簡單電路的圖6中，以斬波電路為例，在圖7中示出了IGBT關斷時的動作波形。關斷浪涌電壓，因IGBT關斷時，王電路電流急劇變化，在王電路

2、分布電感上，就會產(chǎn)生較咼的電壓。關斷浪涌電壓的峰值可用下式求出：V=E（-LdI/dt）CESPdc式中dl/dt為關斷時的集電極電流變化率的最大值；Vcesp為超過IGBT的C-E間耐壓（Vces）以至損壞時的電cCESPCES壓值。過電壓抑制方法作為過電壓產(chǎn)生王要因素的關斷浪涌電壓的抑制方法有如下幾種：1.在IGBT中裝有保護電路（=緩沖電路）可吸浪涌電壓。緩沖電路的電容，采用薄膜電容，并靠近IGBT配置，可使高頻浪涌電壓旁路。調整IGBT的驅動電路的V或R，使di/dt最小。CEC盡量將電件電容靠近IGBT安裝，以減小分布電感，采用低阻抗型的電容效果更佳。為降低主電路及緩沖電路的分布電感

3、，接線越短越粗越好，用銅片作接線效果更佳緩沖電路的種類和特緩沖電路中有全部器件緊湊安裝的單獨緩沖電路與直流母線間整塊安裝緩沖電路二類。個別緩沖電路為個別緩沖電路的代表例子，可有如下的緩沖電路RC緩沖電路充放電形RCD緩沖電路放電阻止形RCD緩沖電路表3中列出了每個緩沖電路的接線圖。特點及主要用途。表3單塊緩沖電路的接線圈特點及主電用途緩沖電路接線圖特點（注意事項）主要用途RC緩沖電路關斷浪涌電壓抑制效果好。最適合于斬波電路。使用大容量IGBT時，必須使緩沖電阻值很小，這樣開通時的集電極電流增大，IGBT功能受到限制。焊接機開關電源充放電形RCD緩沖電路可抑制關斷浪涌電壓。與Rc緩沖電路不同。因

4、加了緩沖二極管使緩沖電阻變大，因而避開了開通時IGBT功能受到限制的問題。與放電阻止形RCD緩沖電路相比，緩沖電路中的損耗（主要由緩沖電阻產(chǎn)生）非常大，因而不適用于高頻開關用途。在充放典型RCD緩沖電路中緩沖電阻產(chǎn)生的損耗可由下式求出。廠CsxEd2xf22式中L：主電路中分布電感一lo：IGBT關斷時集電極電流Cs：緩沖電容值Ed：直流電源電壓f：開關頻率放電阻止形緩沖電路放電阻止形緩沖電路有抑制關斷浪涌電壓效果。最適合用于高頻開關用途。在緩沖電路中產(chǎn)生的損耗小。在充放電形RCD緩沖電路的緩沖電阻上產(chǎn)生的損耗可用下式求出。P=2式中L：主電路的分布電感Io：IGBT關斷時的集電極電流f：開關

5、頻率逆變器整體緩沖電路作為這類緩沖電路的代表例子，有下面幾種緩沖電路1.C緩沖電路2.RCD緩沖電路最近，為簡化緩沖電路的設計，大多采用整體緩沖電路。表4列出了各種整體緩沖電路的接線圖和特點，主要用途。表5中列出了采用整體緩沖電路時的緩沖電路容量的數(shù)值，圖8示出了這類緩沖器開斷波形的例子。表4整體緩沖電路的接線圖特點及主要用途緩沖電路接線圖C緩沖電路特點（注意事項）主要用途電路最簡單。由主電路電感及緩沖電容構成諧振電路電壓易產(chǎn)生振蕩。逆變器N峰電壓并在緩沖二極管反向恢復時，電壓產(chǎn)生振蕩。緩沖二極管的選擇錯誤，可產(chǎn)生較高的尖逆變器RCD緩沖電路表5整體（緩沖容量數(shù)值）器件規(guī)格項目驅動條件主電路分

6、布電感（州）緩沖電容值Cs（嚇）0.47-VCE(V)Rg(Q)G51332450A75A100A600V150A160.21.5200A9.10.162.2300A6.80.13.3400A154.70.084.750A2475A160.471200V100A9.1150A5.60.21.5200A4.70.162.2300A2.70.13.3H9B9斷時的動柞軌跡mamiff時波形圖樣品：2MBI100N-060Ed（Vcc）=300VV匸=+15,15VGER=24Cs=0.47UFG放電阻止形RCD緩沖電路設計方法作為IGBT緩沖電路，認為最合理的放電阻止形RCD緩沖電路的基本設計方法

7、說明如下：是否適用的研討圖9示出了使用放電阻止形RCD緩沖電路時關斷時的動作軌跡圖放電阻止形RCD緩沖器，當IGBT的C-E間電壓超過直流電源電壓時開始工作，其理想的動作軌跡用點線來表示。但是，在實際裝置中由於緩沖電路接線電感及緩沖二極管過渡正向電壓下降的影響，關斷時尖峰電壓的存在，變成了向右擴張的，如實線所示。放電阻止形RCD緩沖電路是否時適用取決於關斷時動作軌述能否收拔在IGBT的RBSOA內而定另外。關斷時的峰值電壓可用下式求出：Vcesf=Ej+(Lsxdie/df)式中Ed：直流電源電壓VFM：緩沖二極管過渡止向電壓降Ls：緩沖電路的接線電感dlc/dt：關斷時的集電極電流變化率的最

8、大值c緩沖二極管的一般過度正向電壓降的參考值通常如下600V級：20-30V1200V級：4060V緩沖電容（Cs）容量值的計示方法緩沖電容所必須的容量值可用下式求出：（VCEF-Edf式中L：主電路的分布電感Io：IGBT關斷時的集電極電流VCEF：緩沖電容電壓的最終值Ed：直流電源電壓VCEF必須控制在小於IGBT的C-E間耐壓值。此外，緩沖電容，要選用高頻特性優(yōu)良的電容（薄膜電容器CEF等）。緩沖電阻（Rs）值的求法對緩沖電阻性能要求是IGBT能進行關斷動作，能將緩沖電容上積聚電荷通放電來進行。IGBT關斷時，以放電90%的積聚電荷為條件，由下式可求出緩沖電阻值。如果將緩沖電阻值設定得過低，緩沖電路沖電流可能振蕩，由於IGBT接通時集電極電流峰值增加、在上式蕩是的范圍內，請設定在最高值為佳。緩沖電阻產(chǎn)生的損耗P（Rs）和阻值系可由下式求得。戸園）=緩沖二極管的選定緩沖二極管過渡正向電壓降減小是關斷時尖峰電壓產(chǎn)生的主要原因之一。另外，緩沖二極管逆向恢復時間變長，在高頻開關工作時，使緩沖二極管產(chǎn)生的損耗變大“，緩沖二極管的逆向恢復動作變得困難，在緩