具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究_图.
IGBT驱动电路设计分析
IGBT驱动电路设计分析摘要：IGBT在变流器中应用广泛，而驱动器对安全、可靠应用器件至关重要。
文章分析了IGBT驱动电路主要的功能及工作原理并通过试验对部分功能进行验证分析，对驱动电路设计有一定指导意义。
关键词：IGBT；驱动电路；保护电路0引言IGBT驱动电路的任务是将控制器输出的PWM信号，转换为作用在IGBT栅射极之间的电压信号，从而使IGBT导通或关断。
性能良好的驱动电路，不仅可以缩短IGBT的开关时间，减小损耗，而且保护电路可以抑制过电压，并在故障时关断IGBT以保护器件和维护整个系统的安全。
本文从IGBT特性出发，针对IGBT驱动板，分析其主要的功能及工作原理并通过试验对部分功能进行验证分析。
1.IGBT工作特性IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件[1]，简化等效电路见图1，是压控型器件。
但IGBT存在着结电容及杂散电感，使得IGBT的驱动波形与理想驱动波形有差异。
图1 N沟道IGBT简化等效电路图IGBT的开关是由栅极电压来控制的。
当在栅极加正向电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。
当在栅极上施加反向电压时MOSFET的沟道消除，PNP晶体管和基极电流被切断，IGBT被关断。
图2驱动电路结构图2 .IGBT驱动电路结构及功能介绍2.1IGBT驱动结构框图本文基于英飞凌FZ1600R17KE3器件，进行驱动电路设计。
驱动电路结构如图2所示：在框图中电源电路既实现了电源的隔离又为驱动电路提供了合适的正负电压；下方的驱动电路接收PWM信号，其通过信号隔离进入逻辑和功率放大电路，进而驱动IGBT的通断，通过设置有源箝位、短路保护等对器件进行保护。
2.2信号电气隔离IGBT驱动电路电气隔离常用的三种方式[2]：⑴光耦隔离方式光耦的隔离原理见图3，输入信号为高电平时，发光二极管上发出光信号，光敏三极管接收光信号后导通并产生电平信号，从而实现“电—光—电”的转换。
IGBT驱动有源钳位电路的研究
证 实 了所 提 出的 开 关模 型 和 损 耗 模 型 的 正确 性
关键词 ： 绝缘栅双极晶体管； 关 断 暂 态分 析 ； 损耗 分析 ； Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ仿 真
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃｌ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｉ ＧＢＴ Ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｒ
Ｋ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ — ｓ ｏ ｎ ｇ ， Ｓ Ｏ Ｎ Ｇ Ｌ ｏ ｎ ｇ － ｊ ｕ ｎ
（ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，
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具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究
具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT驱动电路设计与研究Design and research of IGBT drive circuit with active voltage clamping for Electric Vehicles荣睿英飞凌集成电路（北京）有限公司何耀华英飞凌科技（中国）有限公司北京经济技术开发区荣华中路10号亦城国际A座20层100176rui.rong@关键词：有源电压钳位，电动汽车，门极驱动电路，IGBT短路保护，电压尖峰抑制摘要：由于电动汽车及混合动力机车的电池工作电压范围较大，在刹车能量回收、发电机发电、短路保护等工况下，防止IGBT产生过压失效成为一个必须深入研究的课题。
有源电压钳位功能作为防止IGBT过压失效的有效手段开始有所应用，本文对几种有源电压钳位的具体方式和效果进行分析，基于英飞凌汽车级IGBT Hybridpack2及汽车级驱动芯片1ED020I12FA设计具体驱动电路，给出相关的测试结论和实验数据，提出在有源电压钳位在电动汽车IGBT驱动应用中的优化建议。
1引言随着混合动力汽车及电动汽车的日益普及，其驱动系统正在向高电压、大功率方向发展，更大电流更高电压的IGBT模块开始得到应用。
在电机控制器系统设计中，驱动电路设计对系统的稳定性可靠性发挥着至关重要的作用。
1.1抑制关断电压尖峰的必要性为了让电动汽车和混合动力汽车具有更大的最高时速和加速度，需要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT模块。
在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。
因此，在系统承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。
图1：IGBT关断时产生的电压尖峰此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。
尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。
一种灵活可靠的IGBT驱动电路设计
电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：在当今减碳排放背景下，全控型功率器件IGBT 以优异的性能广泛用于各种变流器中，有效可靠的驱动电路对IGBT 的安全工作至关重要，特别是大功率应用场合。
针对大功率IGBT 应用中对驱动电路灵活可靠的要求，设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL -332J 的IGBT 驱动保护电路，分析了ACPL -332J 的各项参数，并以ACPL -332J 为核心设计了驱动电路。
以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT ，通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。
关键词：智能集成光耦驱动器ACPL -332J ；光耦驱动器；驱动保护电路；灵活可靠中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd25239A Design of Flexible and Reliable IGBT Driver CircuitHAN Song 1，2，YU Zhiqiang 1，2，WANG Mingyue 1，2，YU Hongze 1，2，JIA Pengfei 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electrical Transmission ，Tianjin 300180，China ）Abstract:Under the background of carbon emission reduction ，fully controlled power device IGBT is widely used in various of converters with its excellent performance ，effective and reliable drive circuit is crucial to the safe operation of IGBT ，especially for high-power applications.Aiming at the requirement of flexible and reliable of IGBT drive circuit in high-power applications ，an IGBT drive and protection circuit based on intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J was designed ，the parameters of ACPL-332J were analyzed ，and the driving circuit was designed with ACPL-332J as the core.With Infineon FF600R12ME4as the application IGBT ，the effectiveness of the designed drive and protect circuit was verified by double pulse test and short circuit test.Key words:intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J ；optocoupler driver ；drive and protect circuit ；flexible and reliable基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：韩松（1988—），男，硕士研究生，工程师，Email ：一种灵活可靠的IGBT 驱动电路设计韩松1，2，于志强1，2，王明玥1，2，于洪泽1，2，贾鹏飞1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）在节能减排的时代背景下，随着绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的制造和应用技术日趋成熟，IGBT 以易于驱动、耐受电应力、热应力高的特点，被广泛应用于中高功率、中低频率变流器中[1]。
基于1ED020I12FA的汽车级IGBT模块驱动电路
基于1ED020I12FA的汽车级IGBT模块驱动电路Automotive Gate Driver circuit base on 1ED020I12FA荣睿英飞凌集成电路（北京）有限公司何耀华英飞凌科技（中国）有限公司来源:电子产品世界关键词：1ED020I12FA，电动汽车，门极驱动电路，IGBT短路保护，电压尖峰抑制，有源电压箝位摘要：本文设计一套基于英飞凌1ED020I12FA的汽车级IGBT模块驱动电路。
所有电子原件全部采用符合AEC-Q100/101/200汽车认证的产品，使之满足EV/HEV的需要。
包括电路功能说明、layout要点、重点器件的计算选型方法、电路使用注意事项以及整套电路完整料号的材料清单。
1 电路结构框图本设计采用模块化设计，主要分为低压信号模块电路，驱动输出高压电路，和IGBT电路，主要IC 为英飞凌1ED020I12FA，IGBT为英飞凌HybridPACK2。
图1以U相为例介绍总图结构。
图1：电路结构框图2．1ED020I12FA及其低压信号部分电路相关说明图2：1ED020I12FA及其低压信号部分电路2.1 功能说明如图2半桥的上臂和下臂各用一片1ED，IN+作为PWM信号的输入脚与对应的另一个1ED芯片的IN-连接作为互锁，硬件上没有包含死区电路。
RDY和FLT脚连在一起经过与门送出一个总故障，4,7k 上拉电阻和10n电容保证信号的可靠性和抗干扰能力，与门输出放一个0603封装LED作为故障指示，方便试验和调试，没有实际的电气作用。
RST引脚经过各自的RC滤波电路后连接在一起，共用一个总复位。
2.2 PCB layout要点RST，RDY和FLT作为敏感信号容易受到干扰而误动作，因此需把滤波电容放在贴近芯片引脚的位置。
RDY和FLT的引线要尽量短，后面的与门是个只有TSSOP5封装的IC，非常容易放在芯片附近。
图中C5，C9应尽量贴近18脚和20脚。
3．1ED020I12FA输出部分电路相关说明图3：1ED020I12FA输出部分电路3.1 功能说明如图3为了适应HybridPACK2开关要求，选择开通电阻大约2.5欧，关断电阻3欧的设计，因此需要采用push-pull结构放大门极峰值电流。
IGBT驱动电路设计原理接线图
IGBT驱动电路设计原理接线图IGBT驱动电路设计原理接线图作者：德意志⼯业时间：2015-04-13 11:11IGBT驱动电路的作⽤IGBT驱动电路的作⽤是驱动IGBT模块以能让其正常⼯作，同时对IGBT模块进⾏保护。
IGBT 驱动电路的作⽤对整个IGBT构成的系统来说⾄关重要。
IGBT是电路的核⼼器件，它可在⾼压下导通，并在⼤电流下关断，在硬开关桥式电路中，功率器件IGBT能否正确可靠地使⽤起着⾄关重要的作⽤。
驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进⾏功率放⼤，以满⾜驱动IGBT的要求，驱动电路设计的是否合理直接关系到IGBT的安全、可靠使⽤。
IGBT驱动电路还为IGBT器件提供门极过压、短路保护、过流保护、过温保护、Vce过压保护（有源钳位）、门极⽋压保护，didt保护（短路过流保护的⼀种）。
IGBT驱动电路的设计1. 设计IGBT驱动电路需要考虑的性能参数1）IGBT在电路中承受的正反向峰值电压，可以由下⾯的公式导出：设计驱动电路时需要考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1200V。
2）在电路中IGBT导通时需要承受的峰值电流，可以由下⾯的公式导出：2.IGBT驱动器的选择在实际电路中，栅极电阻的选择要考虑开关速度的要求和损耗的⼤⼩。
栅极电阻也不是越⼩越好，当栅极电阻很⼩时，IGBT的CE间电压尖峰过⼤栅极电阻很⼤时，⼜会增⼤开关损耗。
所以，选择IGBT驱动器时要在尖峰电压能够承受的范围内适当减⼩栅极电阻。
由于电路中的杂散电感会引起开关状态下电压和电流的尖峰和振铃，在实际的驱动电路中，连线要尽量短，并且驱动电路和吸收电路应布置在同⼀个PCB板上，同时在靠近IGBT的GE间加双向稳压管，以箝位引起的耦合到栅极的电压尖峰。
对于⼤功率IGBT，设计和选择驱动基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。
门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的⼤⼩，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能⼒以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。
IGBT驱动软关断和有源钳位技术
IGBT驱动软关断和有源钳位技术【摘要】：由于功率回路杂散电感的存在，IGBT在关断过程中会产生过高的Vce电压尖峰，带来了IGBT损坏的风险。
本文介绍了PI公司在大功率驱动系统中常用的软关断和有源钳位技术，分析了两种电路抑制IGBT关断电压尖峰的基本工作原理和注意事项。
通过这两种技术可以有效减缓IGBT的di/dt，从而降低Vce电压尖峰，有效保护IGBT正常运行。
【关键词】：电压尖峰，软关断，有源钳位1 引言由于IGBT自身寄生电感以及主回路杂散电感的存在，IGBT在关断时，回路杂感产生的电压和母线电压叠加起来形成IGBT两端VCE电压尖峰，如图1所示：图1 IGBT换流电路及关断时Vce特性其中，为回路杂散电感产生的压降。
若是Vce电压尖峰过高，则会损坏IGBT模块。
通常可以采用软关断和有源钳位技术限制Vce电压尖峰，有效保护IGBT。
1.解决分析过程1.软关断技术软关断技术基本工作原理：如图2所示，IGBT正常关断时，选择较小的门极关断电阻以减少开关损耗；当检测到短路故障时，切换到较大的关断电阻缓慢释放门极电荷，减缓门极电压下降速度，从而减小IGBT的di/dt，降低Vce电压尖峰。
图2 IGBT软关断原理示意图图3所示为驱动板检测到IGBT短路时的软关断保护试验波形，可以看到通过软关断，电流缓慢降低，产生的Vce电压尖峰也很小，有效保护了IGBT。
图3驱动板检测到短路保护故障然而软关断电路需要检测到短路故障才能动作，这一条件在一定程度上限制了软关断的可靠性。
具体分析如下：如图4所示IGBT的开通特性，短路保护是根据IGBT开通后经过一段响应时间检测到的Vce是否大于短路门槛电压Vth反馈的。
当检测到的Vce大于Vth，则认定为短路故障；反之，正常运行。
图4 IGBT开通特性及Vce检测若是在短路情况下，是一个宽度小于响应时间的脉冲驱动信号，将检测不到短路状况，不能执行软关断，将会产生过高的Vce电压，可能损坏IGBT。
IGBT驱动技术概述PPT课件
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1
内容简介
1. IGBT驱动 2. 国内外典型IGBT驱动器概述 3. 所内IGBT驱动现状及发展计划
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2
1 IGBT的驱动
1.1 IGBT驱动的概念与意义 1.2 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 1.3 IGBT驱动电路基本要素 1.4 IGBT驱动设计中需考虑的一些问题
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16
1.2.3 IGBT的擎住效应安与全 工作区
1) IGBT的擎住效应
当 IC 大到一定程度， 或关断的动态过程
中dVCE ／ dt 过高， 使 V2 开通，进而
使 V2 和 V3 处于饱
和状态，栅极失去 控制作用
具有寄生晶闸管IGBT等效 电路
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1.2.3 IGBT的擎住效应安与全 工作区
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39
2.4 CONCEPT公司IGD515
主要特点：
– 带有电源隔离电路, 外接电路简单
– 输出电压将近±15V – 输出电流峰值±15A – 开关频率可达MHz – 光纤传送抗干扰能力
强 适用于驱动IGBT元件
或大功率MOSFET
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2.4 CONCEPT公司IGD515
IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个 大面积的P+N结J1 使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而 对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的 通流能力
– 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET 组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的 厚基区PNP晶体管
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IGBT动态有源钳位保护电路[发明专利]
![IGBT动态有源钳位保护电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/97c4ee21a31614791711cc7931b765ce04087a7f.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611254208.1(22)申请日 2016.12.30(71)申请人 江苏中科君芯科技有限公司地址 214135 江苏省无锡市新吴区菱湖大道200号中国传感网国际创新园D2栋五层(72)发明人 程炜涛 李洲 王海军 叶甜春 (74)专利代理机构 无锡市大为专利商标事务所(普通合伙) 32104代理人 曹祖良 刘海(51)Int.Cl.H02M 1/32(2007.01)H02H 9/04(2006.01)(54)发明名称IGBT动态有源钳位保护电路(57)摘要本发明涉及一种IGBT动态有源钳位保护电路，包括IGBT器件，其特征是：在所述IGBT器件的集电极和栅极之间依次连接若干瞬态电压抑制二极管组群、二极管D3、限流电阻R1和吸收电容C1，所述瞬态电压抑制二极管组群包括若干瞬态电压抑制二极管TVS，从IGBT器件的集电极方向的第n个瞬态电压抑制二极管TVS两端并联有n个可控开关，n为正整数；所述可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与信号处理控制电路连接，所述信号处理控制电路与用于检测直流母线电压的电压检测电路连接。
本发明电路结构简单，易于实现，安全可靠，能有效保护IGBT驱动及本身。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 107046361 A 2017.08.15C N 107046361A1.一种IGBT动态有源钳位保护电路，包括IGBT器件，其特征是：在所述IGBT器件的集电极和栅极之间依次连接若干瞬态电压抑制二极管组群、二极管D3、限流电阻R1和吸收电容C1，所述瞬态电压抑制二极管组群包括若干瞬态电压抑制二极管TVS，从IGBT器件的集电极方向的第n个瞬态电压抑制二极管TVS两端并联有n个可控开关，n为正整数；所述可控开关的控制端均与用于控制所述可控开关导通状态的开关驱动电路连接，所述开关驱动电路与信号处理控制电路连接，所述信号处理控制电路与用于检测直流母线电压的电压检测电路连接。
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具有有源电压钳位功能的电动汽车IGBT 驱动电路设计与研究Design and research of IGBT drive circuit with active voltage clamping for Electric Vehicles 荣睿英飞凌集成电路（北京）有限公司
何耀华英飞凌科技（中国）有限公司
北京经济技术开发区荣华中路10号
亦城国际A 座20层100176
*********************关键词：有源电压钳位，电动汽车，门极驱动电路，IGBT短路保护，电压尖峰抑制摘要：
由于电动汽车及混合动力机车的电池工作电压范围较大，在刹车能量回收、发电机发电、短路保护等工况下，防止IGBT 产生过压失效成为一个必须深入研究的课题。
有源电压钳位功能作为防止IGBT 过压失效的有效手段开始有所应用，本文对几种有源电压钳位的具体方式和效果进行分析，基于英飞凌汽车级IGBT Hybridpack 2及汽车级驱动芯片1ED020I12FA 设计具体驱动电路，给出相关的测试结论和实验数据，提出在有源电压钳位在电动汽车IGBT 驱动应用中的优化建议。
1引言
随着混合动力汽车及电动汽车的日益普及，其驱动系统正在向高电压、大功率方向发展，更大电流更高电压的IGBT 模块开始得到应用。
在电机控制器系统设计中，驱动电路设计对系统的稳定性可靠性发挥着至关重要的作用。
1.1抑制关断电压尖峰的必要性
为了让电动汽车和混合动力汽车具有更大的最高时速和加速度，需要采用更大功率的电机和更大功率的IGBT 模块。
在同样功率情况下，母线电压越高，系统的额定电流越小，系统的损耗也越低，同时还可以减小导线截面积，从而减轻车重。
因此，在系统
承受的范围内采用较高的母线电压成为电动汽车开发的方向。
图1：IGBT 关断时产生的电压尖峰
此外，在刹车能量回收、发电机发电工作等工况下，系统往往工作于超过额定母线电压的工况下。
尤其是为了尽量回收下坡时电动汽车的重力势能，系统往往工作在允许的最高电压状态。
然而IGBT 关断时产生的Vce 电压尖峰叠加在上述较高的母线电压上（见图1），有超过IGBT 耐压值导致IGBT 过压失效的风险。
这也是IGBT 失效的最典型的原因之一。
因此，为满足电动汽车及混合动力汽车较高母线电压下工作的需要，在IGBT 关断使Vce 接近耐压值时对电压尖峰的抑制是非常必要的。
1.2有源电压箝位方案的优势
IGBT 关断电压尖峰是由系统寄生电感和关断电流变化率决定的，计算公式如下：
Vs=Ls*di/dt
Ls 表示系统寄生电感，di/dt表示关断时流过IGBT 的电流变化率，在系统设计方面通常采用叠层母排技术尽量减小寄生电感，增加并联在母线上的吸收电容等方式减小关断尖峰。
在驱动电路方面抑制电压尖峰的方式也有如下几种：
a 增加关断电阻阻值。
增加关断电阻阻值会减小关断IGBT 的电流变化率，从而达到降低关断电压尖峰的作用。
但是这种方法的缺点是，同时增加了IGBT 的关断损耗，也就降低了IGBT 的承受电流能力。
在电动汽车应用中，为了充分发挥系统的能力，这种方法是不可取的。
b 两级关断技术TLTO （two level turn off ）。
TLTO 是在IGBT 关断时驱动电压不直接转为负电压，而是在大约7V 左右维持一段时间再转为负电压，具体原理见图2。
英飞凌汽车级驱动芯片
1ED020I12FTA 即
采用了该项技术。
图2：1ED020I12FTA 退饱和关断时序图
c 有源电压箝位（Active Voltage Clamping ）
有源电压箝位的原理是：当集电极电位过高时，TVS 被击穿，有电流流进门极，门极电位得以抬升，从而使关断电流不要过于陡峭，进而减小尖峰。
基本的有
源电压箝位电路和波形如图3和图4。
与前两种方法相比，有源电压箝位配置简单，工作点可以通过TVS 管调节，经过优化还可以方便的改变关断时的箝位波形。
尤其在系统发生短路保护关断IGBT 时，该方法尤其有效，后面会详细说明。
由于具有负反馈闭环工作特性，优于调整门极电阻和TLTO
的开环控制。
图3：有源电压箝位基本电路图4：有源电压箝位波形示意
2有源电压箝位方案
前文介绍的基本有源电压箝位电路，工作时有个较大的缺点：关断IGBT 时推挽输出的下管是导通状态。
在TVS 因电压尖峰过高而击穿时，一部分能量回到IGBT 门极用于减小di/dt，而另一部分能量通过门极电阻Rg 和推挽输出的下管回到电源负极。
这部分能量没有起到减小di/dt作用，又增加了TVS 管的损耗（如图
5）。
对于电动汽车采用的650V 耐压的IGBT 模块如Hybridpack 2，这时TVS 工作在数百伏电压下，因此损耗很
大。
图5：基本有源电压箝位电流方向
为了克服上述缺点，一种改进型的有源电压箝位电路被提出。
该电路在推挽输出前级和门极各放置一个回路，通过调节两个回路的电阻阻值来控制击穿TVS 后的电流走向，走向推挽输出前级的回路可以放大门极电流增强减小di/dt效果。
同时为了防止所
有能量涌入前级造成震荡甚至IGBT 误开通，另一直接通向门极的回路泄放另一部分电流。
如图6。
图6：优化的有源电压箝位电路
3基于1ED020I12FA 的门极驱动电路
采用英飞凌汽车级IGBT 模块HybridPACK2，汽车级驱动芯片1ED020I12FA 设计基本有源电压箝位电路，如图7。
其中VP 和VN 是驱动IGBT 工作的正负电源，分别为+16V和-8V 。
COL 接IGBT 集电极，G 接IGBT 门极，GND 接IGBT 发射极。
D3即TVS 管采用
P6SMB510A ，可耐受峰值功率600W ，额定功率5W 。
D4采用反向回复时间只有15ns ，反向电压为200V 的ES1D 。
为了凸显有源电压箝位电路的抑制电压尖峰能力，关断电阻选用了数据手册中的标称值0.8欧姆，实际电路考虑其他综合因素该值会更大一些，如2.2
欧姆左右。
图7：基于1ED020I12FA 的有源电压箝位驱动电路
4测试数据
使用前文所述的1ED020I12FA 驱动电路和HybridPACK2模块进行短路测试，IGBT 寄生电感14nH ，母线排及电容内部寄生电感15nH 。
检验有源电压箝位的保护效果，如图8a 和8b 。
紫色C3为门极电压波形Vge ，绿色线C4为集电极电流波形Ic ，蓝色线C2为电压波形Vce 。
图8a 是不使用有源电压箝位功能时的短路测试。
由测试结果可见，母线在275V 左右发生短路，关断电压尖峰为626V ，已经接近HybridPACK2的650V 耐压限值（blocking voltage ）。
图8b 是加上基本有源电压箝位电路后进行的短路测试。
由测试结果可见，即使母线达到400V ，短路电流比在275V 下大45%，关断电压尖峰值仅为604V 。
可见到Vce 被抑制成一个平台，同时门极电压Vge 在5V 形成一个电压平台，有效抑制了di/dt。
图8：HybridPACK2有源电压箝位实测结果
5 不足与改进 1）该设计采用获得 AEC Q100 认证的驱动 IC 和 IGBT，以及大部分通过的 AEC Q200 认证的汽车级器件，但是 ES1D 和 P6SMB510A 以及MURA160T3G 并未获得 AEC 认证，在未来设计中将会选用通过 AEC Q200 的器件。
2）该设计仅使用基本有源电压箝位电路，无法适应更多变更复杂更高工作电压的环境，下一步会设计功能更加完善的有源电压箝位电路，不仅限于前文介绍的优化方法。
还会考虑采用在泄放回路上串联电容的方法来控制能量的分配，以及应用更大功率 IGBT 时并联推挽输出级的泄放回路分配。
6 结论有源电压箝位作为一种负反馈闭环电路，在电动汽车及混合动力汽车的 IGBT 驱动电路中是非常必要的，拓展了可工作的母线电压、刹车能量回收、弱磁调速等高电压工况
和短路保护等极限工况的可靠性提供了保障。
多种优化的有源电压箝位电路进一步为系统设计的灵活性、平衡性提供了有效的支持。
参考文献： 1 Application Manual Power Modules , SEMIKRON International 2 DataSheet_1ED020I12FTA , Infineon Technologies AG. 3 Advantages of Advanced Active Clamping , Concept Technologies AG. 4 AN2011-03 Hybrid kit for HybridPACK 2 , Infineon Technologies AG. 5 AN2007-06 MA300E12/MA300E17-Module Adapter Board for PrimePACK IGBT Modules , Infineon Technologies AG. 6/6。