保護(hù)電路設(shè)計(jì)方法 - 過電壓保護(hù)

1、保護(hù)電路設(shè)計(jì)方法-過電壓保護(hù)iGBTEdfVcc：直L;主建略的分佈施D：a流二權(quán)管m：LR.B6斬液路H7翩嘶時(shí)的動(dòng)作迪形n2.過電壓f保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及抑制方法過電壓產(chǎn)生的原因?qū)τ贗GBT開關(guān)速度較高，IGBT關(guān)斷時(shí)及FWD逆向恢復(fù)時(shí)，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(guān)斷浪涌電壓）。這里，以IGBT關(guān)斷時(shí)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(guān)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(guān)斷時(shí)的動(dòng)作波形。關(guān)斷浪涌電壓，因IGBT關(guān)斷時(shí)，王電路電流急劇變化，在王電路

2、分布電感上，就會(huì)產(chǎn)生較咼的電壓。關(guān)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(guān)斷時(shí)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(shí)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(guān)斷浪涌電壓的抑制方法有如下幾種：1.在IGBT中裝有保護(hù)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(diào)整IGBT的驅(qū)動(dòng)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(dú)緩沖電路與直流母線間整塊安裝緩沖電路二類。個(gè)別緩沖電路為個(gè)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(gè)緩沖電路的接線圖。特點(diǎn)及主要用途。表3單塊緩沖電路的接線圈特點(diǎn)及主電用途緩沖電路接線圖特點(diǎn)（注意事項(xiàng)）主要用途RC緩沖電路關(guān)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(shí)，必須使緩沖電阻值很小，這樣開通時(shí)的集電極電流增大，IGBT功能受到限制。焊接機(jī)開關(guān)電源充放電形RCD緩沖電路可抑制關(guān)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(shí)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(guān)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(guān)斷時(shí)集電極電流Cs：緩沖電容值Ed：直流電源電壓f：開關(guān)頻率放電阻止形緩沖電路放電阻止形緩沖電路有抑制關(guān)斷浪涌電壓效果。最適合用于高頻開關(guān)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(guān)斷時(shí)的集電極電流f：開關(guān)

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(shè)計(jì)，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(diǎn)，主要用途。表5中列出了采用整體緩沖電路時(shí)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(diǎn)及主要用途緩沖電路接線圖C緩沖電路特點(diǎn)（注意事項(xiàng)）主要用途電路最簡單。由主電路電感及緩沖電容構(gòu)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(fù)時(shí)，電壓產(chǎn)生振蕩。緩沖二極管的選擇錯(cuò)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)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(shí)的動(dòng)柞軌跡mamiff時(shí)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(shè)計(jì)方法作為IGBT緩沖電路，認(rèn)為最合理的放電阻止形RCD緩沖電路的基本設(shè)計(jì)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(shí)關(guān)斷時(shí)的動(dòng)作軌跡圖放電阻止形RCD緩沖器，當(dāng)IGBT的C-E間電壓超過直流電源電壓時(shí)開始工作，其理想的動(dòng)作軌跡用點(diǎn)線來表示。但是，在實(shí)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(guān)斷時(shí)尖峰電壓的存在，變成了向右擴(kuò)張的，如實(shí)線所示。放電阻止形RCD緩沖電路是否時(shí)適用取決於關(guān)斷時(shí)動(dòng)作軌述能否收拔在IGBT的RBSOA內(nèi)而定另外。關(guān)斷時(shí)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(guān)斷時(shí)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(jí)：20-30V1200V級(jí)：4060V緩沖電容（Cs）容量值的計(jì)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(guān)斷時(shí)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(jìn)行關(guān)斷動(dòng)作，能將緩沖電容上積聚電荷通放電來進(jìn)行。IGBT關(guān)斷時(shí)，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(shè)定得過低，緩沖電路沖電流可能振蕩，由於IGBT接通時(shí)集電極電流峰值增加、在上式蕩是的范圍內(nèi)，請?jiān)O(shè)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(guān)斷時(shí)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(fù)時(shí)間變長，在高頻開關(guān)工作時(shí)，使緩沖二極管產(chǎn)生的損耗變大“，緩沖二極管的逆向恢復(fù)動(dòng)作變得困難，在緩