IGBT駆動回路のクランプ回路

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クランプ回路は IGBT 駆動回路で使用されることがあります。 主な目的は、IGBT デバイスを保護し、動作パラメータがコレクタまたはゲートの制限パラメータを超えないようにすることです。 今回は、Vce および Vge クランプ回路の設計および使用上の注意事項をまとめます。

Vce クランプ回路の目的は、Vce 間のピーク電圧が、大電流、短絡、低温などの特殊な動作条件下でデバイスが耐えられる最大値を超えないようにすることです。 回路の基本構造を下図に示します。 この回路は、そのシンプルな設計と即時の効果のため、多くの設計者によって採用されています。

クランプ電圧の選択には、次の式を使用できます。

で：

ただし、この回路についてはまったく異なる 2 つの見方もあります。 一説には、クランプダイオードの公差や温度ドリフトの影響が大きく、実動作時にオンオン電圧の電圧値が大きく変動し、クランプ電圧が変動する可能性がある。 固定されているため、実際の設計では使用されません。 もう1つの観点は、この種の回路は実装が比較的簡単で、ダイオードの特性があまり安定していない場合でも、冗長性を適切に高めたり、クランプ電圧の低い複数のダイオードを直列に接続したりすることで、実現できることです。クランプダイオードの許容誤差を小さくし、クランプ電圧値の偏差を相対的に小さくすることが目的です。 2 つの設計アイデアには、それぞれ長所と短所があります。 どちらを検討しますか?

IGBT 駆動回路の設計では、Vge 間の電圧をデバイスの許容範囲内に制御するために 3 つの方法を使用できます。

最初のタイプ図 2 では、VDZ と GE の間に双方向クランプ ダイオードを使用します。

2 番目のもの高速ダイオード (図 2 の VD2) を介してゲートを駆動電源に接続します。

第3これは、GE 間に三極管を使用して、ゲート電圧をエミッタにプルダウンすることです (図 3 を参照)。

まず、GE 間の双方向クランピング ダイオードの使用を見てみましょう。この回路は、Vge 電圧スパイクを効果的に低減し、短絡などの特定の状況において Vge 電圧が設計者が期待する電圧レベルに留まるようにすることができます。 しかし、著者は長年の実用化の中で、双方向ダイオードは長期動作後に片方向破壊を起こし、短絡状態では片方向故障が発生することを発見しました。 デザインや使用方法には特にご注意ください。

2 番目の設計は、上の図 2 のダイオード VD2 など、Vge 回路内のショットキー ダイオードを介してドライブの正電源に接続することです。この回路は実際には、上記の最初の回路の設計を簡略化したものです。 回路の動作特性により、駆動回路の負電圧は比較的安定していますが、これは電源設計によって解決でき、dudt が変化すると正電圧がミラーコンデンサの電流を通過します。 ゲート電圧を上げるため、+15V駆動電源など、適切な位置で正のゲート電圧をクランプするクランプ回路が必要になります。 ダイオードを選ぶ際は耐圧40Vを考慮してください。 さらに、パッケージが許す場合は、平均電流がわずかに大きいデバイスを選択してください。これにより、実際のアプリケーションでは、電圧降下が小さくなり、正電源に近いレベルで電圧をクランプすることが容易になります。 同時に、配線時にはダイオードをゲートの近くに配置する必要があります。

3 番目の回路はミラー クランプとも呼ばれ、主にゲート ターンオフ電圧が 0V の場合に使用され、一部の低電力の場合によく使用されます。ペアがオンになると、udt の変化によりオフ状態にあるもう一方の IGBT のゲート電圧が上昇します。 特定の条件下では、直列の IGBT デバイスが同時にオンになり、短絡が発生します。 この状況を回避するには、図 3 に示す Rb+T 回路を使用できます。 ＩＧＢＴがオフ状態にあるとき、Ｖｇｅ電圧は０Ｖなどの低レベルにあり、したがってトランジスタＴはオン状態にある。 配線するときは、三極管を IGBT のゲートの近くに配置して、IGBT のゲート電圧レベルがプルダウン レベルになるようにしてください。これにより、ミラー電流に低インピーダンス ループが形成され、ゲートの電圧レベルが回避されます。電圧レベルはミラー電流の影響を受けます。