绝缘栅双极晶体管（IGBT）广泛用于功率逆变器，工业驱动器，电动汽车家用电器的充电器， 电机控制和感应加热，因为它们易于使用且性能高电压和电流驱动能力。如今，功率半导体制造商正在提供 IGBT 模块具有更高的功率密度。功率密度极限由功率损耗决定，消散优化标准是封装技术以及传导和开关损耗半导体芯片。模块的高电流密度以及高开关速度， 在正常开关操作和过载条件下，对驱动电路提出了更高的要求。

有源钳位开关技术提供的解决方案说明了如何实现现代的大功率 IGBT 具有很高的可靠性， 特别是在高速铁路和汽车牵引应用中。

IGBT 模块关闭瞬间高压分析

IGBT 模块和转换器电路的寄生电感无法完全消除。其对系统行为的影响也不容忽视。

图1 IGBT开关图

图2 IGBT开关电压电流曲线

图 1 说明了包含在其中的寄生电感换向电路。关断 IGBT 引起的电流变化在其 IGBT 处产生过冲电压集电极端子，如图 2 所示。原则上，IGBT 的换向速度（以及关断过电压）会受到关断栅极电阻Rg（off）。该技术尤其用于较低的功率水平。但是，Rg（关闭）然后必须匹配过载条件，例如双倍额定电流的关断，短路和暂时增加的链接电路电压。在正常操作中，这会导致开关损耗增加，并且关闭延迟，从而降低了模块的可用性或效率。结果，这种简单的技术是不适合用于现代大功率模块。

上一段中描述的问题导致了两级关断，软关断和慢关断驱动器电路的发展，这些电路以可逆的栅极电阻工作。在正常操作中，低欧姆栅极电阻用于关闭 IGBT，以地降低开关损耗；高欧姆的当检测到短路或浪涌电流时使用“ A”）。但是，问题出在可靠地满足以下条件：去饱和监控始终会延迟一段时间，直到检测到故障为止（通常为 4-10μs）称为响应时间。当 IGBT 以比响应时间短的脉冲驱动时如果发生短路，则不会检测到故障，并且驱动器会过快地关闭。产生的过电压破坏 IGBT。此外，极限情况的覆盖范围（在过电流/非过电流之间）会带来问题；例如，关断双倍额定电流时，很可能会发生比短路关断时更高的过电压。这些类型的驱动器电路必须被认为是危险的。建议用户不要在更别使用它们电力设备以及期望高可靠性的系统中。

带高压TVS 钳位的电路分析

反馈支路由一个钳位元件组成，该钳位元件通常由一系列瞬态电压组成抑制（TVS）二极管。如果集电极-发射极之间的电压超过击穿电压的大约钳位元件，电流通过反馈流到 IGBT 的栅极，从而提高其电势，因此集电极电流的变化率减小，从而产生稳定的状态。 IGBT 两端的电压为然后由夹紧元件的设计决定。 IGBT 在其输出的有效范围内运行并将杂散电感中存储的能量转换为 IGBT 热。夹紧过程继续直到杂散电感被消磁。这里涉及的基本关系典型曲线的基础如图 3 的下部所示。

单个高压 TVS 二极管，或几个串联的低压 TVS 二极管，产生的高电平电压，可用于基于直流电源线电压或 IGBT Vce 电压提供有源钳位。从图4可以看出明显的保护效果。

保护器件TVS 一般选用leiditech P6SMB600CA或SMCJ600CA，根据动作电压需求可以调整型号。

图3 IGBT开关图(with TVS)

图4 IGBT开关电压电流曲线（with TVS）

LEIDITECH P6SMB600CA

总结

电子产品的接口防护需用过压保护器件，很多工程师意识到要用保护器件，但由于选型不当或没按照 ESD 电路 PCB 设计原则，造成产品静电测试或 EMC 测试不通过，产品多次验证测试，浪费人力财力，造成产品延迟上市的事情总有发生，或过度设计，造成成本压力。

雷卯为客户提供电磁兼容 EMC 的设计服务，提供实验室做摸底测试，从客户高效， 控本方便完成设计，希望为更多的客户能快速通过 EMC 的项目，提高产品可靠性尽力。雷卯电子电磁兼容实验室，提供外围静电保护参考电路。