IGBT模块尖峰电压吸收电路设计详解

关断IGBT时由于电感中储存有能量，集电极-发射极间会发生浪涌电压。缓冲电路可以抑制施加在IGBT上的过电压和关断损耗的增加。这是由于缓冲电容器可以分担关断时的一部分能量。务必妥当处理电容器所吸收的能量。

RCD 缓冲电路：

关断开关时储存的能量 : 1/2・LiC2

e+＝ L・diC/dt

如果Cs能够完全吸收L的能量

1/2・LiC2＝1/2・Cs・Δe2

即成立，因此

Δe＝ i0×√L/Cs

RCD缓冲电路的损耗：

把缓冲电路安装在每个IGBT上比安装在直流母线和地线之间更有效。但是，存在Rs上损耗较大的问题。Rs上的损耗是LiC2与开关频率的乘积，L为0.2μH、iC为100A、开关频率为10kHz时损耗为20W。此时，在3相桥路电路中，仅缓冲电路的损耗就有120W。可以通过控降低频率或向电源再生能量来减少损耗。

为了降低Δe，首先减小L（主电路的分布电感）尤为重要。Cs随电感变小而变小。

Vs是（配线电感）×-dic/dt、Ds的正向恢复电压以及（Cs的分布电感）×-dic/dt的总和。

下述要点可以使缓冲电路更有效。

● 以更低的-dic/dt为驱动条件驱动IGBT。（降低IGBT的关断速度）

● 减小主电路配线的电感。为此设法将电源（电解）电容器放在尽可能靠近IGBT模块的位置，使用铜板配线，实施分层布置等。

● 缓冲电路也应放在模块的附近，Cs应采用薄膜电容器等频率特性好的元件。

● Ds使用正向导通压降小，反向软恢复型超快速二极管。

实际缓冲电路：

各相缓冲电路范例

缓冲电容器容量的指标

上一页的缓冲电路1由于省略了阻尼电阻，电源电线容易受振动噪声干扰，因此适用于较小容量的应用。将缓冲电路1至3按用途分类的话，各相的缓冲电容器容量的标准分别如下。每个IGBT的缓冲电路的容量是该数值的1/2。

应用于大电力时，如果不使用铜板分层布线降低布线电感的话，可能无法避免缓冲电路中的元件损坏或噪声干扰引起的误动作。

阻止放电型缓冲电路（缓冲电路3）：

如果Cs能够吸收L的所有能量

1/2・L・iC2＝1/2・Cs・Δe2

因此

Cs＝L×(iC/Δe)2

到下一次关断为止Cs的电荷需要进行放电，对此（Cs×Rs）的时间常数有效。为了放电90%

Rs≦1/(2.3・Cs ・f) f : 开关频率

于是可以确定Rs的最小值。但是，Rs过小会引起开通时的有害震荡，因此，采用稍高一些的值为好。

Rs 上的损耗 P(Rs) 与 Rs 的值无关，为

P(Rs)＝1/2・L・iC2

审核编辑：刘清