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CDE無(wú)感吸收電容器的應用

    圖1所示為GTR驅動(dòng)感性負載時(shí)的開(kāi)關(guān)波形。不難看出，在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)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)達到最大值，因而瞬時(shí)功耗也最大。加入緩沖電路，可將開(kāi)關(guān)功耗轉移到相關(guān)電阻上消耗掉，達到了保證器件安全運行的目的。

    典型復合式緩沖電路如圖2。當GTR 關(guān)斷時(shí)，負載電流經(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)達到最大值。GTR集電極母線(xiàn)電感以及緩沖電路及其元件內部的雜散電感，在GTR開(kāi)通時(shí)儲存的能量1/2 LI2，這時(shí)轉換成1/2 CV2儲存在緩沖電容C中。當GTR 開(kāi)通時(shí)，集電極母線(xiàn)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)達到最大值。此時(shí)，緩沖電容C通過(guò)外接電阻R和GTR開(kāi)關(guān)放電，其儲存的開(kāi)關(guān)能量也隨之在外接電阻和電路、元件內部電阻上消耗掉。如此，便將GTR運行時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗，轉移到緩沖電路，最后在相關(guān)電阻上以熱的形式消耗掉，從而保護了GTR安全運行。

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(huà)出了不同容量下GTR電流、電壓關(guān)斷波形。圖3（a）為無(wú)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(wú)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成的緩沖電路，適用于小功率IGBT模塊，用作對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(xiàn)寄生電感可能引起的寄生振蕩。其RC時(shí)間常數應設計為開(kāi)關(guān)周期的1/3，即τ=T/3=1/3f 。圖4（c）為P型RCD和N型RCD構成的緩沖電路，適用于大功率IGBT模塊，功能類(lèi)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力，使緩沖效果更好。

4 美CDE電容模塊在緩沖電路中的應用

    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(guò)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IGBT安全運行。

    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(mǎn)足IGBT電路尤其是大功率IGBT電路對緩沖電路的要求。CDE公司的緩沖電容模塊有SCT、SCM和SCC三型，其選型參數見(jiàn)表2。

1）SCT型電容模塊為一單元緩沖電容封裝，構成圖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），有自修復能力，防火樹(shù)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，與外接電阻構成圖4（b）緩沖電路。適用于中、小電流容量的IGBT模塊。根據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(xiàn)相連的稱(chēng)P型，與N母線(xiàn)相連的稱(chēng)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(xiàn)端IGBT模塊，而N型并接N母線(xiàn)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，有導線(xiàn)與外接電阻相連，防火樹(shù)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，有導線(xiàn)與外接電阻相連，防火樹(shù)脂封裝，直接安裝在IGBT模塊上。