二代大功率IGBT短路保護(hù)和有源鉗位電路設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
參數(shù)設(shè)定：
注：BAS316／416為低漏電流二極管Rvce為限流電阻，最大電流為0．6mA～1mA
(1)比較器反相輸入端依然為參考電壓值，Vth=150μA*Rth；
(2)正常導(dǎo)通時，集電極還是飽和電壓，大概2V左右，Dm反向截止，Cx無充電回路，同相端電壓穩(wěn)定；
(3)短路時，集電極電位上升至母線電壓，由于Rvce限流作用，15V電源作為負(fù)載源，使得同相端電位通過給Ca充電迅速提高，最終約等于10V左右，集電極的高壓主要承受在Rvce上。
響應(yīng)時間與定時電容Cx、參考電壓電阻Rth的關(guān)系見表2。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/175794.htm
與SCALE-1比，SCALE-2的快速性和可靠性得到提高。
3 IGBT有源鉗位電路設(shè)計
3．1 有源鉗位電路的設(shè)計
有源鉗位電路的目標(biāo)是鉗住IGBT的集電極電位，使其不要到達(dá)太高的水平，因為IGBT關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓尖峰太高或太陡，都會使IGBT受到威脅。
IGBT正常關(guān)斷時也會產(chǎn)生電壓尖峰，但數(shù)值不會太高，如果短路時關(guān)斷IGBT，產(chǎn)生的電壓尖峰則非常高，此時IGBT非常容易被打壞。所以有源鉗位電路通常在故障狀態(tài)下才會動作，正常時不工作。
當(dāng)TVS被擊穿時，電流IAAC會流進(jìn)ASIC(專用集成電路)的AAC單元。該單元會根據(jù)IAAC的大小操縱下管mosfet。當(dāng)該電流大于40mA時，下管mosfet開始被線性地關(guān)斷，當(dāng)電流大于500mA時，下管mosfet完全關(guān)閉。此時門極處于開路狀態(tài)，Iz會向門極電容充電，使門極電壓從米勒平臺回到+15V，從而使關(guān)斷電流變緩慢，達(dá)到電壓鉗位的效果。這個電路的特點(diǎn)是TVS的負(fù)載小，TVS的工作點(diǎn)接近額定點(diǎn)，鉗位的準(zhǔn)度高。
3．2 動態(tài)有源鉗位電路
在一些應(yīng)用中，例如太陽能逆變器，牽引變流器等，母線電壓有時可能會高于有源鉗位動作的電壓點(diǎn)，有源鉗位電路會進(jìn)人連續(xù)動作狀態(tài)，ASIC有很大風(fēng)險，此時需應(yīng)用動態(tài)有源鉗位電路，見圖6。
將有源鉗位的動作門檻設(shè)置成動態(tài)的，在IGBT導(dǎo)通時，門檻降低為Vth2，在IGBT關(guān)斷后，延遲一段時間，然后將有源鉗位的動作門檻提高到Vth1。這樣IGBT在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)時，其有源鉗位電路的動作門檻電壓是有區(qū)別的，但并不影響有源鉗位電路的本意，因為IGBT在關(guān)斷瞬間，鉗位門檻是在Vth2。如果母線電壓升高．IGBT在關(guān)斷態(tài)時，鉗位電路的門檻又比較高，這樣能較好地解決某些應(yīng)用中很現(xiàn)實(shí)的問題。
4 結(jié)論
根據(jù)IGBT的特性及IGBI的短路特性，驅(qū)動器只能對其進(jìn)行短路保護(hù)，過流保護(hù)功能由霍爾電流傳感器完成。基于二代SCALE-2模塊25C0 435T設(shè)計的IGBT驅(qū)動電路，解決了IGBT短路誤保護(hù)和有源鉗位問題，在工程應(yīng)用中得到驗證。
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