【经验】双向TVS管在IGBT门极驱动电路中的功能分析及选型

时间： 2018-10-11 来源：世强

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IGBT是具有高输入阻抗及高双极性载流能力的功率器件，其开关特性与功率MOSFET的开关特性非常相似，为电压控制型开关器件。IGBT的门极供电电压通常设定为15V~18V，使IGBT在导通时进入饱和状态，以降低导通压降V_CE_（on）和导通损耗。典型的IGBT驱动电路如图1所示：

图1：典型的IGBT驱动电路

我们知道，受米勒效应的影响，当流经IGBT的电流增大时，门极驱动电压V_GE也会随之升高，在IGBT发生短路时，门极电压V_GE的抬升尤为明显。门极电压又可以影响IGBT短路电流值，在门极电压较低时，短路电流比较低，而门极电压升高，短路电流也会升高。图2所示为IGBT短路允许时间及短路电流与门极电压的关系：

图2：IGBT短路允许时间及短路电流与门极电压的关系

由图2可以看到，当V_GE=15V时，IGBT短路电流约为额定电流的4倍，允许的短路时间为10us，而随着V_GE的继续升高，短路电流会升高至8倍以上，允许的短路时间也大大缩短，会导致我们在发生短路故障时不能安全关断IGBT，这显然是我们所不希望看到的。

为了抑制短路故障时IGBT门极驱动电压V_GE的抬升，我们需要在门极增加钳位电路，将门极驱动电压钳位在正常值，以确保短路电流不会过高，如图3所示：

图3：使用双向TVS管进行门极驱动钳位

图3所示，在IGBT的门极与发射极之间增加一颗双向TVS管，选择合适的钳位电压，以实现对门极电压的钳位。推荐采用LITTELFUSE推出的双向TVS管SMBJ1xCA系列，具有出色的电压钳位能力，峰值脉冲功率可达600W，同时具有快速的响应时间，从0V到击穿电压最小值的响应时间通常小于1ps，可以保证在门极电压V_GE升高时迅速反应，有效抑制门极电压的抬升。

表1列出了在IGBT门极驱动电路中常用的Littelfuse双向TVS的型号及主要参数，用户可根据产品中实际的IGBT门极电压选择合适参数的型号：

型号	工作电压	击穿电压（最小值）	击穿电压（最大值）	最大钳位电压
SMBJ13CA	13V	14.4V	15.9V	21.5V
SMBJ15CA	15V	16.7V	18.5V	24.4V
SMBJ16CA	16V	17.8V	19.7V	26V
SMBJ18CA	18V	20V	22.1V	29.2V

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全部评论（3）

龙族队长 Lv7 资深专家 2020-04-16

请问IGBT，VGE最大±20V，驱动电压15V，我是应该选择15V的VC=24.4的，还是VC=20的SMBJ12CA，选型时应该以哪个参数为准呢？
- Memory_世强回复：您好，在驱动电压为15V情况下，标称12V的会使得TVS处于触发状态，而标称15V的处于临界值，会因电源供电不稳，导致TVS管触发；如果驱动电压为15V，建议采用标称VR=16V的TVS管，可选用力特的双向TVS 管SMBJ16CA，器件资料：Littelfuse（力特） TVS二极管SMBJ数据手册；设计可参考以下链接：【经验】双向TVS管在IGBT门极驱动电路中的功能分析及选型
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龙族队长 Lv7. 资深专家 2020-04-16

请问IGBT，VGE最大±20V，驱动电压15V，我是应该选择15V的VC=24.4的，还是VC=20的SMBJ12CA，选型时应该以哪个参数为准呢？
喜欢笑的那个她 Lv7. 资深专家 2018-10-27

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2023/6/28 - UTC - 选型指南代理服务技术支持采购服务

【选型】500W CAN总线保护双向TVS管，适用于EPS防雷保护设计

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2018-03-27 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

【应用】1.5kW双向TVS管SMCJ30CA用于车载BCM控制器12V电源输入抛负载设计，满足车规级需求

为满足12V供电系统BCM车身控制器过7637-5b要求，一般在12V电源输入端口加入一款1500W SMC封装TVS管做过压防护，推荐Littelfuse的双向TVS管SMCJ30CA，最大反向工作电压30V，宽工作温度范围-65℃~150℃。

2020-11-20 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

LITTELFUSE SMBJ-HRA系列瞬态抑制二极管选型表

反向隔离电压：3.3V至600V 峰值脉冲额定功率：200W至30KW 可提供高电流保护，峰值脉冲电流：8/20 1kA、3kA、6kA、10kA、15kA至20kA

产品型号	品类	厂牌	Reverse Stand off Voltage V-R (Volts)	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MIN	Breakdown Voltage V-BR (Volts) @ I-T MAX	Test Current I-T (mA)	Maximum Clamping Voltage V-C @ I-PP (V)	Maximum Peak Pulse Current I-PP (A)	Maximum Reverse Leakage I-R @ V-R (µA)
SMBJ5.0A-HRA	TVS Diode	LITTELFUSE	5	6.4	7	10	9.2	65.3	800

选型表 - LITTELFUSE 立即选型

【方案】100KW双向储能优选器件方案

描述- 对业内100KW双向储能产品而言，主功率电路多采用了六管IGBT搭建的三相应用拓扑架构。因100KW双向储能选择主功率架构器件时，规格需求通常是1200V/600A（包含裕量），驱动开关频率一般在20kHz以内，考虑到体内二极管散热等因数，功率模块一般会选用三个半桥模块来搭建六管架构。

型号- SMCJ36CA,TOP267VG,SMBJ,SMAJ6.0CA,92MLSC A 24X18 H1/059AL2 0030+-0007/DI,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,TOP270EG,0324030.,5KP40A,5KP64A,SMAJ,SMBJ17CA,SMBJ40A,SMBJ64A,0324.375,5KP18CA,5KP51A,SMCJ14CA,5KP75A,SMBJ160CA,TOP269KG-TL,0314.375MXP,5KP8.5CA,SMDJ,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,5KP78A,SMAJ8.0A,TOP271EG,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,0324040.,5KP30A,TOP268VG,5KP54A,SMBJ150CA,92ML 104/83 24X18,92MLSC A 24X18 H2/059AL2 0030+-0007/DI,SMCJ,SMDJ33CA,SMF12A,SMF5.0A,SMF36A,SMBJ16CA,0324030.MXP,5KP70CA,5KP17CA,SMCJ30A,TOP265VG,SMDJ20A,SMF11A,5KP180CA,SMCJ400A,MLX91208LDC-CAH-000-RE,5KP60A,SMBJ170CA,TOP271KG,0324010.,SMBJ400A,SMF10A,SMCJ8.0CA,SMBJ60A,92ML 1080/85 24X18,SMBJ15CA,SMCJ40A,TOP265KG-TL,5KP16CA,SMCJ16CA,SMCJ64A,TOP266VG,92ML 104/88 12X18,MLX91208LDC-CAH-000-SP,SMBJ26CA,SMBJ400CA,MLX91208,5KP26CA,SMBJ90CA,0324020.,92ML A 24X18 HL/HL 0400+-004/DI,SMBJ14CA,SMBJ70A,MLX91208LDC-CAH-000-TU,5KP170CA,SID1182K,5KP15CA,92G0040CVVAKP42,5KP85A,SMDJ7.0A,0324015.,92ML0488-50K042,SMBJ48CA,5KP12A,5KP36A,5KP24A,SMDJ36CA,5KP48A,5KP48CA,5KP200CA,SMBJ130CA,SMAJ18CA,5KP6.5CA,SMCJ28CA,5KP90CA,SMBJ13CA,SMF54A,SMF,5KP190CA,SMDJ51A,SMBJ36CA,5KP11A,SMAJ250CA,0314012.MXP,5KP14CA,MLX91208LDC-CAL-RE,SMBJ24CA,SMCJ200A,5KP14A,5KP26A,5KP24CA,92ML PREPREG 104/88 12.00X18.00,TOP270KG,TOPSWITCH-JX,0314040.MXP,SMBJ90A,0314015.MXP,SMBJ12CA,0314.375,SMBJ58CA,5KP13A,SMF3.3,SMBJ188CA,0324001.,SMBJ350CA,0324025.,SMCJ70A,5KP13CA,5KP36CA,5KP8.0CA,TOP264-271,SMBJ5.0A,SID11X2,SMCJ250CA,TOP269EG,SMBJ180A,SMCJ440A,SMAJ5.0CA,TOP267KG-TL,314,5KP20A,TOP270KG-TL,0324040.MXP,SMDJ11CA,5KP100CA,SMBJ11CA,SMDJ180A,5KP7.5CA,324,92G0600CWWAKP42,5KP190A,MLX91208LDC-CAL-TU,5KP210CA,92ML0488-50K098,SMDJ5.0A,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,SID1182,SMCJ5.0CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,0314040.,92ML A 24X18 H2/H2 0600+-005/DI,5KP22A,5KP58A,SMBJ170A,SMCJ220A,SMBJ10CA,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,5KP5.0A,0324015.HXP,SMBJ6.0A,92G0080CWAKP42,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,92MLSC B 24X18 H4/059AL2 0060+-001/DI,5KP11CA,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,SMBJ220CA,5KP110CA,92G0400CWWAKP42,TOP267EG,SMBJ160A,SMAJ16A,5KP6.0CA,92G0600CWWAWP42,92G0600CTTAKP42,TOP270VG,SMBJ78CA,TOP269KG,SMAJ48CA,5KP10CA,SMBJ43CA,TOP266EG,MLX91208LDC-CAH-TU,5KP170A,SMBJ20CA,5KP33CA,SMCJ7.5A,SMBJ7.0A,TOP268EG,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SMBJ18A,SI86XXISO-KIT,5KP220CA,SMAJ26A,SMBJ150A,92ML,TOP271VG,0314015.,A0-VP122PA600M7-L759F70,SMBJ6.0CA,SI86XX,5KP160A,SMCJ350A,SMBJ100CA,SMAJ15A,5KP78CA,MLX91208LDC-CAV-000-RE,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMCJ250A,SMAJ180CA,SMBJ30CA,SMDJ15CA,5KP28A,SMBJ28A,5KP6.5A,SMBJ188A,SMCJ64CA,5KP7.0A,SMBJ8.0A,92MLHF 0104 RC:88% 24.00X18.00,5KP150A,MLX91208LDC-CAV-000-SP,SMBJ440CA,0324030.HXP,TOP264EG,5KP54CA,SMBJ64CA,0324020.MXP,5KP15A,TOP267KG,SMBJ17A,SMAJ5.0A,SMBJ120CA,SMBJ250A,SI86XXIS0-KIT,0314012.,5KP8.0A,TOP266,5KP250A,TOP268,TOP267,TOP264,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,92G0080CWWAKP42,SMBJ26A,5KP18A,SMBJ110CA,SMBJ7.0CA,SMBJ130A,0324010.MXP,TOP271,TOP270,SMCJ6.5A,SMBJ7.5A,5KP120CA,TOP264KG-TL,SMBJ40CA,5KP30CA,TOP265EG,SMBJ15A,TOP269,5KP17A,TOP268KG,0324025.MXP,A0-VP122PA600M7-L759F70T,92G0400CTTAKP42,SMCJ30CA,SMBJ9.0A,SMCJ16A,SMBJ12A,SMBJ51CA,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMAJ6.0A,SMBJ48A,SMAJ10CA,SMBJ350A,SMBJ120A,SMAJ20A,SMBJ6.5CA,5KP130A,SMDJ51CA,5KP75CA,SMBJ13A,SMBJ85CA,TOP265KG,5KP7.5A,SMAJ33A,5KP250CA,SMBJ8.0CA,SMCJ6.0A,MLX91208LDC-CAV-000-TU,SMBJ8.5A,5KP130CA,SMBJ22A,5KP85CA,SMBJ58A,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,SMBJ300CA,VINCODUAL E3,5KP9.0A,5KP120A,SMAJ170A,SMBJ10A,5KP51CA,SMBJ11A,TOP266KG,SMBJ220A,SMCJ6.5CA,SMBJ180CA,SMCJ48A,SMCJ36A,SMCJ180A,TOP266KG-TL,SMBJ43A,5KP220A,MLX91208LDC-CAL-000-RE,92ML SC B 24X18 H3/059AL2 0.006+-0. 001,SMBJ7.5CA,SMBJ100A,TOP269VG,92ML A 24X18 H2/H2 0200+-0025/DI,SMAJ40A,92G0080CTTAKP42,SMAJ30CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,SMBJ9.0CA,SMDJ16A,SMBJ60CA,TOP268KG-TL,SMBJ440A,SMCJ12CA,SMCJ33CA,SMCJ58CA,5KP90A,SMBJ200CA,5KP210A,MLX91208LDC-CAL-000-SP,SMBJ78A,5KP60CA,0324001.MXP,TOP271KG-TL,0324010.HXP,SMCJ33A,MLX91208LDC-CAL-000-TU,TPCM780,SMCJ5.0A,SMBJ18CA,SMBJ30A,5KP100A,SMAJ150A,SMBJ54A,92ML PREPREG 104/88 24. 00X18. 00,MLX91208LDC-CAH-RE,SMBJ200A,0324.375HXP,TOP264KG,SMCJ22A

VINCOTECH,LITTELFUSE,PI,LAIRD,ROGERS,SILICON LABS,MELEXIS - 优选器件方案

【选型】为RS232串口数据线（TxD、RxD、GND）通信选择合适的TVS管

RS232通信一般由三条数据线组成，即TxD、RxD和GND，为保证RS232串口数据通信免受ESD影响，一般需要在TxD与GND、RxD与GND间加入一颗TVS管做ESD防护设计，本文推荐选用高性能版littelfuse的双向TVS管SPHV15-01ETG-C，或者选择低成本版高特双向TVS管GSD15C，两者的最大反向工作电压均为15V，均为小尺寸贴片封装，均可满足设计需求。

2019-08-20 - 器件选型

SMBJ18CA REACH（SVHC）声明

描述- 本文件为Littelfuse公司关于REACH法规（EC）No 1907/2006的声明，涉及产品系列/零件编号SMBJ18CA，该产品含有在REACH法规附件1b中列出的物质，其浓度超过0.1%重量比。声明中提到目前有219种高度关注物质（SVHC）列入候选清单，并提供了ECHA网站链接供查阅。声明不修改任何合同或购买协议，并确认声明内容的授权性。声明日期为2021年9月7日。

型号- SMBJ18CA

September 7, 2021 - LITTELFUSE - 测试报告代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【产品】防雷击的TVS二极管，保障CAN总线通信安全

内含两个双向TVS管，泄露电流低至0.1uA，钳位电压极低。

2017-03-07 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【选型】为SD卡电源及数据线（CLK、CMD、DAT0~DAT3）通信选择一款合适的TVS管

车辆远程监终端GPRS模块上有用到SD卡，为保证SD卡数据通信免受ESD影响，需要对SD卡工作电压和数据线上均加入一款TVS管做ESD防护设计，本文推荐选用littelfuse的双向TVS管SP1233-01ETG，具有3.3V最大反向工作电压，0.5μA最大泄露电流，可安全吸收±30kV（接触放电，IEC 61000-4-2）时反复性ESD震击，而性能无任何降低。

2019-08-21 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

SMBJ15CA REACH（SVHC）声明

描述- 本文件为Littelfuse公司关于REACH法规（EC）No 1907/2006的声明，涉及产品系列/零件编号SMBJ15CA，该产品含有在REACH法规附件1b中列出的物质，其浓度超过0.1%重量比。声明中提到目前有219种高度关注物质（SVHC）列入候选清单，并提供了ECHA网站链接供查阅。声明不修改任何合同或购买协议，并确认声明代表公司立场。声明由Jennilyn Dinglasan-Santos签署，日期为2021年10月1日。

型号- SMBJ15CA

October 1, 2021 - LITTELFUSE - 测试报告代理服务技术支持采购服务查看更多版本

SMBJ15CA REACH（SVHC）声明

描述- 本文件为Littelfuse公司关于REACH法规（EC）No 1907/2006的声明，涉及产品系列/零件编号SMBJ15CA，该产品含有在附件1b中列出的物质，其浓度超过0.1%重量比。声明中提到，根据REACH法规，该物质被认定为高度关注物质（SVHC），目前SVHC清单上有211项物质。此声明不影响任何现有合同或购买协议，且由Littelfuse公司全球EH&S总监Jennilyn Dinglasan-Santos签署。

型号- SMBJ15CA

February 22, 2021 - LITTELFUSE - 测试报告代理服务技术支持采购服务

SMBJ15CA REACH（SVHC）声明

描述- 本文件为Littelfuse公司关于REACH法规（EC）No 1907/2006的声明，涉及产品系列/零件编号SMBJ15CA，该产品含有在附件1b中列出的物质，其浓度超过0.1%重量比。声明中提到，根据REACH法规，该物质被识别为高度关注物质（SVHC），目前SVHC清单上有205项物质。此声明不影响任何现有合同或购买协议。声明由Littelfuse公司全球EH&S总监Jennilyn Dinglasan-Santos于2020年1月30日签署。

型号- SMBJ15CA

January 30, 2020 - LITTELFUSE - 测试报告代理服务技术支持采购服务