这篇聊一下MOSFET的第二重防护，有源钳位（Active clamp），下图并联在GD之间的TVS2起到的就是这个作用，如果是IGBT的话就是GC之间并联一颗TVS2。
有源钳位技术主要的作用是IGBT/MOSFET等功率器件短路关断时的保护。由于感性负载、引线、PCB走线等寄生电感（Ls）的存在，功率器件在短路关断时需要切断的电流非常大，时间又非常短，这会产生非常高的瞬时尖峰电压。该电压叠加在高压直流母线上（如：400VDC/800VDC），有可能会超过IGBT的Vce(max)（这里以IGBT为例），从而导致IGBT失效。比较常见的应用场景是新能源汽车主驱的IGBT或SiC模块。
Vce（电压尖峰）= Ls（寄生电感）x di/dt = Ls x △I/Toff
从这个公式来看，要减小Vce（电压尖峰）主要有以下三个办法。
减小寄生电感Ls尽量短粗的PCB走线，采用叠层母排的功率模块连接技术等，都可以有效的降低寄生电感Ls。不过Ls始终都会存在，我们能做的就是尽量减小它。
减小电流的变化量△I提高电流检测环路的响应速度，使其在短路发生时能尽快地检测到短路电流，这样可以适当减小△I。通常△I取决于功率的大小，功率越大△I也就越大，所以在大功率的IGBT和MOSFET应用中，有源钳位的功能是非常有必要的。
增加关断时间Toff增大驱动电阻的阻值可以增加关断时间Toff。但这种做法的缺点是会增加IGBT的开关损耗，这也就降低了IGBT承载电流的能力，所以尤其在大功率的应用中，这个做法并不可取。
因此，更行之有效的办法是增加有源钳位的TVS2，来抑制Vce（电压尖峰 ）。原理上来说其实比较简单，如下图，当Vce的电压超过TVS的击穿电压VBR时，ITVS电流开始产生并给IGBT的栅极电容CGE充电，短时间内抬升或者保持驱动电压Vge，使关断波形放缓，Toff时间变长，从而达到降低Vce电压尖峰的目的。
下面的波形是IGBT整个短路关断过程的详解，供参考。
Littelfuse有专门针对有源钳位这一功能做了一些实验。下图是测试板和原理图。
测试结果显示TVS可以把Vce电压钳位在656V左右；如没有TVS，Vce电压可能会达到1000V以上。所以，改善效果还是很明显的。
这里还需要评估一下TVS的功率，避免功率太大把TVS损坏。不然IGBT是保护住了，TVS自己却牺牲了，好像有点得不偿失啊！
还记得以前聊过的，如何计算和评估TVS的功率吗？来一起复习一下吧！
VCL=656；Ipp=0.5A；td=2us；Ppp=656x0.5=328W@2us
查表如下图，TPSMB系列的Ppp=8.5kw@2us，远大于实际计算得到328W@2us，因此TVS在这种使用条件下是安全可靠的。（补充一下：上述Ppp计算并不严谨，但因为余量很大所以就不深究计算的过程了，有兴趣的朋友可以把TVS的电流波形转换成指数波形后再做进一步详细的计算。）
更详细的测试过程以及数据结果，可以参考Littelfuse的应用笔记：Littelfuse_Using_High_Voltage_TVS_Diodes_in_IGBT_Active_Clamp_Application_Note.pdf.pdf
另外值得一提的是，Littelfuse的TPSMB系列针对用于有源钳位的高压TVS做了参数上的优化。VBR从原来的±5%收窄到现在的±3%，这样做的好处是能更好的保证有源钳位发生作用时TVS钳位电压VCL的一致性，从而能更可靠地保护功率器件。
附上datasheet给大家参考：Littelfuse-TVS-TPSMB-Asymmetric-Datasheet.pdf
OK，本篇完结！感谢看到这里的您。
文章来源：Littelfuse