基于峰值控制的IGBT串聯(lián)均壓技術
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3．2 IGBT雪崩箝位的峰值控制
通常認為，一旦超過IGBT額定電壓就會引起過電壓擊穿，導致不可逆的失效。其實IGBT發(fā)生過電壓擊穿時，雪崩電壓擊穿本身不會損壞器件，是個可恢復過程；過電壓擊穿失效本質在于雪崩電壓擊穿時產(chǎn)生的焦耳熱累積引起結溫不斷上升的熱擊穿失效。在此通過實驗驗證IGBT具有可承受短時過電壓擊穿能力。實驗原理電路如圖6a所示，V1作為開關管與電感負載L串聯(lián)，實驗對象Vs與一個限流電阻R0串聯(lián)，并在V1兩端。由于L的作用，當V1關斷時，V1的uCE波形中會出現(xiàn)高于直流側電壓的浪涌電壓。當V1的UCE超過Vs的雪崩電壓時，Vs發(fā)生雪崩擊穿箝位現(xiàn)象，其余電壓降到R0上。實驗波形如圖6b所示，型號為K50T60的Vs，其額定電壓為600 V，發(fā)生雪崩擊穿時，電壓基本穩(wěn)定在630 V，流過約為5．9 A的電流。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/159275.htm
綜上考慮，改進均壓電路如圖7所示。該電路不僅提高了穩(wěn)壓管峰值箝位控制方法適用的功率范圍，且將關斷時電容上存儲的能量在開通瞬間返給主電路，降低了能量損耗。該均壓電路工作原理為：V關斷，當V極射極電壓uCEv低于Vs2的雪崩電壓U(BR)CE2，均壓支路的漏電流很小，其阻抗可視為無窮大，Vs2承擔整個uCEv，C上電壓約等于零，均壓支路不起作用。當uCEv達到Vs2的U(BR)CE2，通過回路R1-C1-Vs2-R2的電流，流入門極。該電流是集電極向門極的反饋電流，相當于增大了IGBT的米勒電容，使uCEv上升斜率下降。當C1兩端電壓達到Vs1的雪崩電壓U(BR)CE1，流過回路Vs1-Vs2-R2的電流，注入門極。當該電流足夠大時，IGBT進入有源區(qū)，使uCEv箝位在U(BR)CE1+U(BR)CE2，實現(xiàn)峰值控制。
采用Saber軟件仿真，主電路如圖3所示，V1，V2采用主要描述IGBT靜態(tài)特性、非線性極間電容及關斷時拖尾電流等特性的IGBT模型，模型參數(shù)大部分參考MBN600E45A器件數(shù)據(jù)手冊。均壓電路如圖7所示，Vs1，Vs2采用IGBT專有模型irg4bc40w。當串聯(lián)的V1，V2關斷時，部分參數(shù)波形如圖8所示。其中，圖8a為Vs1，Vs2的集電極電流iCVs1，iCVs2，集射極電壓uCEvs1，uCEvs2；圖8b為V1，V2的uGE，uCE波形，實線為有均壓控制時的波形，虛線為無均壓控制時的波形。在t1時刻，uCEv1超過Vs2的雪崩電壓U(BR)CE2時，Vs2發(fā)生雪崩擊穿箝位；隨著uCEv1電壓繼續(xù)增加，C1充電，相當于增加了V1，V2的米勒電容，起到斜率控制的作用；t2時刻，C1兩端電壓超過Vs1的雪崩電壓，Vs1發(fā)生雪崩擊穿箝位，將uCEv1箝位到U(BR)CE1+U(BR)CE2，實現(xiàn)峰值控制作用。
4 結論
綜合考慮串聯(lián)IGBT關斷過程中3階段不均壓產(chǎn)生的特點，在800 V電壓下測試了基于穩(wěn)壓管箝位的峰值控制方法，實現(xiàn)了較好的均壓效果，驗證了該均壓原理的有效性。但該電路因穩(wěn)壓管器件功率、特性等因素，在高壓場合使用受到限制，這里對該均壓方法進行了改進，并通過仿真驗證了其均壓原理。為實際應用中的參數(shù)優(yōu)化設計和高壓實驗驗證提供了理論基礎。
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