基于峰值控制的IGBT串聯均壓技術
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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，實驗對象Vs與一個限流電阻R0串聯，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發生雪崩擊穿箝位現象，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，發生雪崩擊穿時，電壓基本穩定在630 V，流過約為5．9 A的電流。本文引用地址：http://www.104case.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，使uCEv箝位在U(BR)CE1+U(BR)CE2，實現峰值控制。
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，模型參數大部分參考MBN600E45A器件數據手冊。均壓電路如圖7所示，Vs1，Vs2采用IGBT專有模型irg4bc40w。當串聯的V1，V2關斷時，部分參數波形如圖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發生雪崩擊穿箝位；隨著uCEv1電壓繼續增加，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發生雪崩擊穿箝位，將uCEv1箝位到U(BR)CE1+U(BR)CE2，實現峰值控制作用。
4 結論
綜合考慮串聯IGBT關斷過程中3階段不均壓產生的特點，在800 V電壓下測試了基于穩壓管箝位的峰值控制方法，實現了較好的均壓效果，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優化設計和高壓實驗驗證提供了理論基礎。
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