【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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UTC（友顺）模拟IC和分立器件选型指南

目录- Company Profile Product Overview Voltage Regulator Analog & Digital Signal Interface & Driver MOSFET Rectifier Diode & Voltage Clamping Transistor & Thyristor

型号- F21NM50,BSS169,USMS05,GS1M,UF740,1N5408G,UESD5V0UC500,RS1G,RS1D,RS1B,03N65,FR107G,LR9282,RS1A,ULC3702,XN70,TIP102,LR9280,03N60,LV358,UT9435,RS1M,RS1J,XN65,AHC-SERIES,XN60,U74LVX4053,UF8010,UF634,F3N70,TVS4S009,LM317,U74LVX4051,LM318,UCD4066,SK-SERIES,UT7422Z,TIP112,UTG50N120FQ,F21NM70,1N100,PCR406,SOT05C,UF50N20,UESDA6V1W5,SMCJXXX,78R SERIES,75185,U74AVC1T45,UR77XX,U74LVC2G240,U74LVC2G241,XN90,MGBR SERIES,75NM70,U74AUC1G126,USB4S012,2SC3355,UMUR SERIES,U74LVC2G132,40-SERIES,LR9153,04NM50,BAT54A SERIES,UF601Q,75NM65,03N70,UPRTR5V0U4D,XN80,75NM60,LM224,UTXS0108,U74AUC1G86,SB10100,U74HC594,L6144,F2N65,8N80,UFR75120,UR57XX,UTVS2105,02N50,DTC114E,LM239,F30NM65,LM358,US108N,13NM90,LMV331,UF830,US108S,U74HCT73,CR03AM,MBR-SERIES,AUC-SERIES,UPT2223,60NM50,UBCR316,UTT65N20,LM321,UFZ34,UTRS458,LM324,1P30,3NM120,UM6XX,F2N50,12N80,UZ5C056,UPT3223,MCR08,UASS10X,UT70N15,U74HCT245,UBCR302,L6134,ULN202,LR1106,UTT220N03,UL23EB,UTL331,LM339,1P40,LR1101,F05N60,12N90,SMDJXXX,UF601-SERIES,MBR10100,U12JZ47,AHC,U74HCT138,25N40,L1806,AUP-SERIES,BYR SERIES,UTT120P06,UOC3020S,30N50,UT3243A,UTC606P,1P50,02NM65,U74LVC273,UPT0133,ULV662,UPT1223,02NM70,9N90,LLV321,2N7002K,UT5232,U74LVC1G125,UT3P01Z,UT3N08,30NM90,MMDT3946,US104N,UOC3021S,BAT54S,XN120,US104S,U74AUP1G74,U74LVC02A,BTB324A,BAT54C,BAT54A,UT3N10,UF1010E,LM393,U74LVC373,U74LVC258,XN150,LR1012,2P40,CD-SERIES,TL072,TL074,50N06,USS120,UTRS485,ULN2803,ULN2804,100N02,18N30,UF9640,75232,LMV393,2P50,1N40,LD1117A,TL082,UCD4011B,TL084,02NM60,13NM100,US1M,1N4148,UESD5V0L5U,ULV8552,UT3006,54A,UCA9617,BSS127,54C,BTA324A,BSS123,UTT200N02,LR6401,LM2904,74-SERIES,LM2901,UF7476,UF540,LM2903,30N15,78R,USG80N10,54S,U74AHCT86,U74AHC374,UT50N25,UK3018,ULV8542,BYR29,US112S,U74AUP1G32,UCD4001B,ULV6001,US112N,TL062,BTB304A,UESD12VL1U,ULV8538,UF07P15,MCR106,BYC20,02N06Z,U7SB3157,DTA114E,MCR101,MCR100,UF640,ULC831,UD10K,U74AHC595,USG170N10,U74AUP1T157,UT3232,1N80,XN100,OP07C,MJE13003D,15N120,UCD4015B,S2M,UGV3040,UDF-SERIES,U74AUP1G02,BSS84ZT,U74AUP1G00,U74AUP1G06,U74AUP1G04,LM293,UGV20N40,LVC-SERIES,ULSF0204,U74CBTLV3125,UT213,1N90,12N100,BTA304A,ULN2001LC,UTM2504,UCRR302,MBR10100C,SF56G,UTT15P10,UT10P15,TGBR,U74AHC21,62783,62784,78 SERIES,MMBT1815,4P50,UZ010X,UT3223,UT3222,U74HCT4094,UT3221,CD40-SERIES,UF9Z24,4N120,33N25,UCD4050B,UF01P20,UTG70N65-S,UT120N08,U74AHC1G09,10N30,UC3800,24NM80,BAT54 SERIES,LM317 SERIES,U74AHCT32,UF01P10,20N70,UT2311,UTT120N04,UT3404,OP2336,UF3305,BAT54C SERIES,UT3409,LV2622,AUC,MAC97A8,UPSL101,BAT54,MAC97A6,AUP,SMA5V,UT3414,UT3413,UT3418,U74CBT1G384,U74LVC1G99,U74LVC2G66,2NM90,U74LVC1G97,UT232E,4N150,UTC4013,1N4004G,LR1805,14N150,U74LVC573,U74LVC574,TGBR SERIES,54A SERIES,AHCT,F7N65,2NM80,BYC,UTT50P06,UTRS3080,17NM80,ULV724,BYR,UTRS3088,UTRS3085,U74LVC563,UCSR3652S,UT2306,UCRR316,UCA9306,UTT100P03,BT169,4N70,BAT54S SERIES,UAS16V,7P20,1N4148 SERIES,USS4350,40NM80,60N15,X0202B,UF03P15,SB-SERIES,X0202A,MN2510,4N80,7P30,U74LVC2G32,UMUR,U74LVC1G58,UF2N30Z,1N4007G,UCSR3654S,4N90,U74LVC1G57,ULV3211,01N30,XNM90,BT150,X0202,BT151,BT152,ULD2003,UFP264,BYC SERIES,SF28G,74-SEIRES,54C SERIES,ES1D,ES1G,UTT70P10,ES1J,MC34074,6N40,7P50,MGBR,MC34072,UTT150N06H,ULN2001,UTT80N10,SMAJXXX,UC3873,ULN2003,UL66C,ULN2004,12NM120,BTA16,BTB41,54S SERIES,TS391,2N6027,XNM100,SR-SERIES,UF5210,10NM100,ES1A,ES1B,SF18G,U74AUC1G08,LV2461,UT131,LV2460,F80NM60Z,ES3J,LV2464,XNM65,F5N60,UT139,U74AUC1G02,XNM60,UCL5811,X0405,U74LVC1G19,22N60,UR76XX,22N65,ULVH431,12N25,UC384X SERIES,SMXXZ47,FUF830,ES2D,UC384X,BSS139Z,UC3863,SRV05-4,U74LVC1G10,UTT14P02,USG40N10,XNM120,UTT1P20,XNM50,US5C3257,ULN202L05,FR104G,UR6225,U74LVC86A,UCD4081B,BTA04,LV324,LV321,10N60,UPC817,XN50,UPC816,10N65,UF5305,1N5406G,LD1117A SERIES,UFB4321,XNM80,F-SERIES,79 SERIES,UCD4070B,SMBJXXX,UCD40106B,10N70,P6KEXXX,SF26G,UTD454,XN40,LR9102,LR9103,XNM70,80N08,PUSB220,AHCT-SERIES,UCD4071B,UF4N20Z,LVC,BTB04

选型指南 - UTC - 2023/6/7 收起

【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

优选器件方案 - VINCOTECH,LITTELFUSE,PI,LAIRD,ROGERS,SILICON LABS,MELEXIS PDF 中文下载

【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℃。

应用方案发布时间 : 2020-11-20

【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。

新产品发布时间 : 2017-03-07

【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。

器件选型发布时间 : 2019-08-20

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

【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。

器件选型发布时间 : 2019-08-21

【选型】满足工业自动化、汽车电子控制系统领域需求的LIN总线ESD防护TVS选型推荐，可兼容12/24V电源系统

为保证LIN总线免受ESD静电影响导致相关敏感电子器件受损，一般需要对LIN总线做ESD防护，推荐选择PANJIT（强茂）双向非对称TVS管PJEC2415VM1WS-AU实现，过AEC-Q101认证；推荐littelfuse（力特）单向TVS管SD15C-01FTG和SD24C-01FTG搭配使用实现；推荐国产高特双向非对称TVS管GESD1524实现，主推用于工业自动化领域。

器件选型发布时间 : 2019-12-10

SMBJ18CA REACH (SVHC) Declaration

型号- SMBJ18CA

测试报告 - LITTELFUSE - September 7, 2021 PDF 英文下载查看更多版本

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？

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

技术问答发布时间 : 2020-04-16