Klemmschaltung im IGBT-Antriebskreis

Mit freundlicher Genehmigung von Infineon Technologies

Klemmschaltungen werden manchmal in IGBT-Antriebsschaltungen verwendet. Der Hauptzweck besteht darin, IGBT-Geräte zu schützen und zu verhindern, dass Betriebsparameter die Grenzparameter des Kollektors oder Gates überschreiten. Heute fassen wir die Vorsichtsmaßnahmen für die Gestaltung und Verwendung von Vce- und Vge-Klemmschaltungen zusammen.

Der Zweck der Vce-Klemmschaltung besteht darin, zu verhindern, dass die Spitzenspannung zwischen Vce den Maximalwert überschreitet, dem das Gerät unter besonderen Arbeitsbedingungen wie hohem Strom, Kurzschluss und niedriger Temperatur standhalten kann. Der prinzipielle Aufbau der Schaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Diese Schaltung wird aufgrund ihres einfachen Designs und ihrer unmittelbaren Wirkung von vielen Designern übernommen.

Die Auswahl seiner Klemmspannung kann nach folgender Formel erfolgen:

In:

Allerdings gibt es auch zu dieser Schaltung zwei völlig unterschiedliche Ansichten. Eine Ansicht ist, dass aufgrund des großen Einflusses der Klemmdiodentoleranz und der Temperaturdrift der Spannungswert der Ein-Ein-Spannung während des tatsächlichen Betriebs stark schwankt, was zur Klemmspannung führt. fest, daher wird es im tatsächlichen Design nicht verwendet; Ein anderer Gesichtspunkt ist, dass diese Art von Schaltung relativ einfach zu implementieren ist, auch wenn die Eigenschaften der Diode nicht sehr stabil sind, die Redundanz jedoch entsprechend erhöht wird oder mehrere Dioden mit niedrigerer Klemmspannung in Reihe geschaltet werden, was ebenfalls erreicht werden kann Der Zweck besteht darin, die Toleranz der Klemmdiode zu verringern, so dass die Abweichung des Klemmspannungswerts relativ verringert wird. Die beiden Designideen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Welches würden Sie in Betracht ziehen?

Beim Entwurf der IGBT-Ansteuerschaltung können drei Methoden verwendet werden, um die Spannung zwischen Vge innerhalb des zulässigen Bereichs des Geräts zu steuern.

Der erste Typverwendet eine bidirektionale Klemmdiode zwischen VDZ und GE in Abbildung 2;

Der zweiteverbindet das Gate über eine schnelle Diode (VD2 in Abbildung 2) mit der Antriebsstromversorgung;

Der drittebesteht darin, eine Triode zwischen GE zu verwenden, um die Gate-Spannung zum Emitter herunterzuziehen (wie in Abbildung 3 dargestellt).

Schauen Sie sich zunächst die Verwendung bidirektionaler Klemmdioden zwischen GE an. Diese Schaltung kann Vge-Spannungsspitzen wirksam reduzieren, um sicherzustellen, dass die Spannung von Vge in bestimmten Fällen, beispielsweise bei einem Kurzschluss, auf dem vom Entwickler erwarteten Spannungsniveau bleibt. In vielen Jahren praktischer Anwendungspraxis stellte der Autor jedoch fest, dass bidirektionale Dioden nach längerem Betrieb einen unidirektionalen Durchbruch erleiden und im Kurzschlusszustand ein einseitiger Ausfall auftritt. Bitte achten Sie besonders auf die Gestaltung und Verwendung.

Das zweite Design besteht darin, über eine Schottky-Diode im Vge-Schaltkreis eine Verbindung zur positiven Stromversorgung des Laufwerks herzustellen, beispielsweise die Diode VD 2 in Abbildung 2 oben. Diese Schaltung ist eigentlich ein vereinfachtes Design der ersten Schaltung oben. Aufgrund der Arbeitseigenschaften der Schaltung ist die negative Spannung in der Antriebsschaltung relativ stabil, was durch das Design der Stromversorgung gelöst werden kann, und die positive Spannung fließt durch den Strom des Miller-Kondensators, wenn sich der Dudt ändert. Erhöhen Sie die Gate-Spannung. Daher ist eine Klemmschaltung erforderlich, um die positive Gate-Spannung an einer geeigneten Position zu klemmen, z. B. an einer +15-V-Antriebsstromversorgung. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Diode die Spannungsfestigkeit von 40 V. Wenn das Gehäuse dies zulässt, wählen Sie außerdem ein Gerät mit einem etwas größeren Durchschnittsstrom, damit in praktischen Anwendungen der Spannungsabfall gering ist und es einfacher ist, die Spannung auf einem Niveau nahe der positiven Stromversorgung zu halten. Gleichzeitig sollte sich die Diode beim Verdrahten in der Nähe des Gates befinden.

Die dritte Schaltung wird auch als Miller-Klemme bezeichnet. Sie wird hauptsächlich verwendet, wenn die Gate-Abschaltspannung 0 V beträgt, und wird häufig bei einigen Gelegenheiten mit geringem Stromverbrauch verwendet. Wenn das Paar eingeschaltet ist, erhöht die Änderung von udt die Gate-Spannung des anderen IGBT, der sich im ausgeschalteten Zustand befindet. Unter bestimmten Bedingungen werden die in Reihe geschalteten IGBT-Geräte gleichzeitig eingeschaltet, was zu einem Kurzschluss führt. Um diese Situation zu vermeiden, kann die in Abbildung 3 gezeigte Rb+T-Schaltung verwendet werden. Wenn sich der IGBT im ausgeschalteten Zustand befindet, liegt die Vge-Spannung auf einem niedrigen Pegel, beispielsweise 0 V, sodass sich der Transistor T im eingeschalteten Zustand befindet. Stellen Sie bei der Verdrahtung sicher, dass die Triode nahe am Gate des IGBT platziert wird, um sicherzustellen, dass der Gate-Spannungspegel des IGBT auf einem Pull-Down-Pegel liegt, wodurch eine Schleife mit niedriger Impedanz für den Miller-Strom entsteht und das Gate umgangen wird Spannungspegel, der durch den Miller-Strom beeinflusst wird.