摘要：讨论了IGBT模块缓冲电路的缓冲原理，给出了三种通用的IGBT缓冲电容，并介绍了美国CDE公司的三种电容模块的基本参数和特点以及在缓冲电路中的应用。

    关键词：IGBT 缓冲电容 电容模块

1 引言

众所周知，在电力电子功率器件的应用电路中，无一例外地都要设置缓冲电路，即吸收电路。因为全控制器件在电路工作时莫名其妙损坏的原因虽然很多，但缓冲电路和缓冲电容选择不当是不可忽略的重要原因所在。

2 缓冲原理

电路中器件的损坏，一般都是在器件在开关过程中遭受了过大的di/dt、du/dt或瞬时功耗的冲击而造成的。缓冲电路的作用就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态时的过电压，以降低器件开关损耗来确保器件的安全。

图1所示为GTR在驱动感性负载时的开关波形。不难看出，在开通和送断过程中的某一时刻，GTR集电极电压Uc和集电极电流ic将同时达到最大值，此时瞬时功耗也最大。加入缓冲电路可将这一开关功耗转移到相关的电阻上消耗掉，从而达到保证器件安全运行的目的。

典型复合式缓冲电路如图2所示。当GTR关断时，负载电流经缓冲二极管D向缓冲电容C充电，同时集电极电流ic逐渐减少。由于电容C两端电压不能突变，所以有效地限制了GTR上集电极电压的上升率du/dt，也避免了集电极电压Uc和集电极电流ic同时达到最大值。而GTR集电极上的母线电感以及缓冲电路元件内部的杂散电感在GTR开通时储存的能量LI2/2，将转换成CV2/2储存在缓冲电容C中。因此当GTR开通时，集电极母线电感以及其它杂散电感，又有效地限制了GTR集电极上的电流上升率di/dt，从而也避免了集电极电压Uc和集电极电流ic同时达到最大值。这样，缓冲电容C通过外接电阻R和GTR开关放电，以使其储存的开关能量在外接电阻和电路元件内部电阻上消耗掉。从而将GTR运行时产生的开关损耗转移到缓冲电路，并在相关电阻上以热的形式消耗掉，经达到保护GTR安全运行的目的。

缓冲电容C的容量不同，其缓冲效果也不相同。图3画出了不同容量下GTR电容、电压的关断为缓冲电容C容量较小时的波形，图3( c)为缓冲电容C容量较大时的波形。不难看出，无缓冲电容时，集电极电压上升时间极短，致使电流、电压同时达到最大，因而瞬时功耗最大。缓冲电容C容量较小时，集电极电流下降至零之前，其电压已上升至电源值，瞬时耗较大。缓冲电容C容量较大时，集电极电流下降至零之后，其电压才上升至电源值。因而瞬时功耗较小。

3 IGBT缓冲电路

通用的IGBT缓冲电路有图4所示的三种形式。其中，图4（a）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率IGBT模块，用来对瞬变电压有效时的低成本控制，使用时一般将其接在C1和E2之间（两单元模块）或P和N之间（六单元模块）。图4(b)为RCD构成的缓冲电路，适用于较小功率的IGBT模块，缓冲二极管D可箝住瞬变电压，以抑制由于母线寄存电感引起的寄存振荡。其RC时间常数应设计为开关周期的1/3，即τ=T/3=1/3f。图4（c）为P型RCD和N型RCD构成的缓冲电路，适用于大功率IGBT模块，其功能类似于图4（b）缓冲电路，但其回路电感更小。若同时配合使用图4(a)缓冲电路，则可减小缓冲二极管的应力，从而使缓冲效果达到最佳。

IGBT采用缓冲电路后的典型关断电