igbt模塊的過壓保護線路

2021-03-29

igbt模塊在由導通情況關斷時,電流Ic忽然變小,鑒于線路中的雜散電感與負載電感的作用,將在igbt模塊的c、e兩邊形成很高的浪涌尖峰電壓uce=Ldic/dt,加上igbt模塊的耐過壓能力較弱,如此便會使igbt模塊擊穿,所以,其過壓保護也是極為關鍵的。過壓保護能從下列幾個層面實現:

(1)盡量減少線路中的雜散電感。做為模塊設計制作者而言,要提升模塊內部構造(如選擇分層線路、縮減有效線路面積等),縮減寄生電感,做為使用者而言,要提升主線路構造(選擇分層布線、盡可能減少連接線等),縮減雜散電感。此外,在整體線路上多加一點低阻低感的退耦電容,進一步縮減線路電感。所有這些,針對直接縮減igbt模塊的關斷過電壓均有不錯的效果。
圖4

(2)選擇吸收線路。吸收線路的作用是:當igbt模塊關斷時,吸收電感中放出的能量,以減少關斷過電壓。常見的吸收線路有2種,如圖4所示。當中(a)圖為充放電吸收線路,(b)圖為鉗位式吸收線路。針對線路中元器件的選擇,在實際工作中,電容c選擇高頻低感圈繞聚乙烯或聚丙烯電容,也可選擇陶瓷電容,容量為2F左右。電容量選擇大一點,對浪涌尖峰電壓的抑止好一點,但過大會受到放電時間的限制。電阻R選擇氧化膜無感電阻,其阻值的確定要符合放電時間顯著小于主線路開關周期的需求,可按R≤T/6C計算,T為主線路的開關周期。二極管V應選用正向過渡電壓低、逆向恢復時間短的軟特性緩沖二極管。

(3)適度增加柵極電阻Rg。實踐證明,Rg增加,使igbt模塊的開關速度減慢,能顯著縮減開關過電壓尖峰,但對應的增加了開關損耗,使igbt模塊發熱增多,要配合進行過熱保護。Rg阻值的選擇準則是:在開關損耗不過大的情況下,盡可能選擇較大的電阻,實際工作中按Rg=3000/Ic選取。
圖5

除去上述縮減c、e之間的過電壓以外,為避免柵極電荷累積、柵源電壓發生尖峰損壞igbt模塊,可在g、e之間安裝一點保護元器件,線路如圖5所示。電阻R的作用是使柵極累積電荷泄放,其阻值可取4.7kΩ;2個反向串聯的穩壓二極管V1、V2。是為了避免柵源電壓尖峰損壞igbt模塊。

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