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CDE無感吸收電容器的應(yīng)用

    圖1所示為GTR驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)的開關(guān)波形。不難看出，在開通和關(guān)斷過程中的某一時(shí)刻，GTR集電極電壓uc 和集電極電流 ic 將同時(shí)達(dá)到最大值，因而瞬時(shí)功耗也最大。加入緩沖電路，可將開關(guān)功耗轉(zhuǎn)移到相關(guān)電阻上消耗掉，達(dá)到了保證器件安全運(yùn)行的目的。

    典型復(fù)合式緩沖電路如圖2。當(dāng)GTR 關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)緩沖二極管D向緩沖電容C充電，同時(shí)集電極電流 ic逐漸減少。由于電容C兩端電壓不能突變，所以有效地限制了GTR集電極電壓上升率dv/dt，也避免了集電極電壓uc 和集電極電流 ic 同時(shí)達(dá)到最大值。GTR集電極母線電感以及緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感，在GTR開通時(shí)儲(chǔ)存的能量1/2 LI2，這時(shí)轉(zhuǎn)換成1/2 CV2儲(chǔ)存在緩沖電容C中。當(dāng)GTR 開通時(shí)，集電極母線電感以及其他雜散電感，又有效地限制了GTR集電極電流上升率di/dt，同樣也避免了集電極電壓uc 和集電極電流 ic 同時(shí)達(dá)到最大值。此時(shí)，緩沖電容C通過外接電阻R和GTR開關(guān)放電，其儲(chǔ)存的開關(guān)能量也隨之在外接電阻和電路、元件內(nèi)部電阻上消耗掉。如此，便將GTR運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)損耗，轉(zhuǎn)移到緩沖電路，最后在相關(guān)電阻上以熱的形式消耗掉，從而保護(hù)了GTR安全運(yùn)行。

圖3 GTR電流、電壓關(guān)斷波形

    緩沖電容C容量不同，其緩沖效果也不相同。圖3畫出了不同容量下GTR電流、電壓關(guān)斷波形。圖3（a）為無緩沖電容時(shí)的波形，圖3（b）為緩沖電容C 容量較小時(shí)的波形，圖3（c）為緩沖電容C 容量較大時(shí)的波形。不難看出，無緩沖電容時(shí)，集電極電壓上升時(shí)間極短，致使電流、電壓同時(shí)達(dá)到最大，因而瞬時(shí)功耗最大。緩沖電容C 容量較小時(shí)，集電極電流下降至零之前，其電壓已上升至電源值，瞬時(shí)功耗較大。緩沖電容C 容量較大時(shí)，集電極電流下降至零之后，其電壓才上升至電源值。瞬時(shí)功耗較小。

圖4 通用的三種IGBT緩沖電路

3 IGBT緩沖電路

    通用的IGBT緩沖電路有三種形式，如圖4 。圖4（a）為單只低電感吸收電容構(gòu)成的緩沖電路，適用于小功率IGBT模塊，用作對(duì)瞬變電壓有效而低成本的控制，接在C1和E2之間（兩單元模塊）或P和N之間（六單元模塊）。圖4（b）為RCD構(gòu)成的緩沖電路，適用于較大功率IGBT模塊，緩沖二極管D可箝住瞬變電壓，從而能抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)為開關(guān)周期的1/3，即τ=T/3=1/3f 。圖4（c）為P型RCD和N型RCD構(gòu)成的緩沖電路，適用于大功率IGBT模塊，功能類似于圖4（b）緩沖電路，其回路電感更小。若同時(shí)配合使用圖4（a）緩沖電路，還能減小緩沖二極管的應(yīng)力，使緩沖效果更好。

4 美CDE電容模塊在緩沖電路中的應(yīng)用

    目前，緩沖電路的制作工藝也有多種方式：有用分離件連接的；有通過印制版連接的；更有用緩沖電容模塊直接安裝在IGBT模塊上的。顯然，最后一種方式因符合上述第二、第三種降感措施，因而緩沖效果最好，能最大限度地保護(hù)IGBT安全運(yùn)行。

    美CDE是一家老牌跨國公司，其電容產(chǎn)品因品質(zhì)優(yōu)越為美國家宇航局選用，隨航天器而播譽(yù)太空。CDE公司的緩沖電容模塊就能充分滿足IGBT電路尤其是大功率IGBT電路對(duì)緩沖電路的要求。CDE公司的緩沖電容模塊有SCT、SCM和SCC三型，其選型參數(shù)見表2。

1）SCT型電容模塊為一單元緩沖電容封裝，構(gòu)成圖4（a）緩沖電路。適用于中、小電流容量的IGBT模塊，以吸收高反峰瞬變電壓。容量0.22μF-4.7μF，直流電壓600V、1000V、1200V、1600V、2000V五檔。其特點(diǎn)是，低介質(zhì)損耗，低電感（<20 nH），有自修復(fù)能力，防火樹脂封裝，直接安裝在IGBT模塊上。

2）SCM型電容模塊為一單元緩沖電容與緩沖二極管封裝，與外接電阻構(gòu)成圖4（b）緩沖電路。適用于中、小電流容量的IGBT模塊。根據(jù)緩沖電容位置的不同，有P型和N型之分：電容模塊中緩沖電容與P母線相連的稱P型，與N母線相連的稱N型。N型電容模塊適合于一或兩單元IGBT模塊。若用兩個(gè)一單元IGBT模塊串聯(lián)并采用圖4（c）緩沖電路，則P型并接P母線端IGBT模塊，而N型并接N母線端 IGBT模塊。容量范圍0.47μF-2.0μF，直流電壓600V、1200V兩檔。其特點(diǎn)是，低介質(zhì)損耗，低電感量，緩沖電容與快恢二極管一體封裝，有導(dǎo)線與外接電阻相連，防火樹脂封裝，直接安裝在IGBT模塊上。

3）SCC型電容模塊為兩單元緩沖電容與緩沖二極管封裝，與外接電阻構(gòu)成圖4（c）緩沖電路。適用于大電流容量的兩單元IGBT模塊。容量0.47μF-2.0μF，直流電壓600V、1200V兩檔。其特點(diǎn)是，低介質(zhì)損耗，低電感量，高峰值電流，緩沖電容與超快恢二極管一體封裝，有導(dǎo)線與外接電阻相連，防火樹脂封裝，直接安裝在IGBT模塊上。