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图4a所示为标准IGBT T1的有源钳位设置。TVS(D2…x)根据实际应用条件(例如，直流母线电压、IGBT的VCES等级)进行选择，并通过低压肖特基二极管或PIN二极管(D1)从集电极连接到门极。此低压二极管是避免电流从IGBT的门极流入集电极的必需元件，仅要求40V的阻断能力即可。但是，如果选择带RB-IGBT的NPC2拓扑，则不能使用带单向TVS和低压二极管的典型有源钳位电路。这是因为RB-IGBT两侧的电压将会根据开关状态改变极性(图4b)。只要相应IGBT集电极的极性为正， 对应驱动器的TVS就可以阻断来自该驱动器的电压。但是， 集电极的电压极性反转后，TVS二极管就开始导通，整个集电极电位将会施加在低压二极管D1的阳极。此电压大约等于直流母线电压的一半，将导致IGBT驱动器及相关IGBT损坏。
有两种可选的预防措施。在***种解决方案中，必须使用双向而非单向TVS，如图4c所示。但是，从图3中可以看到它的缺点是负电压“ax(C2)”有可能达到相当于双向TVS击穿电压的水平。这仍然会使二极管D1承受过高的反向电压。因此，不推荐使用这种方法。推荐使用第二种解决方案，将低压二极管D1替换为高压二极管。该高压二极管的阻断电压必须至少达到直流母线电压的一半。请注意，除了阻断电压，还必须考虑二极管的爬电距离和电气间隙。在有些情况下，可能需要使用多个二极管串联。
2.1.1 ***有源钳位功能
为了提高有源钳位电路的效率， CONCEPT在其多个驱动器中装备了被称为***有源钳位
(AAC)的功能。AAC在驱动器内部的输出级中使用附加的反馈电路。根据实际的钳位电流/过压状况，内部的推动级mosFET将被线性地关断[4]。
a)标准IGBT和b) RB-IGBT的***有源钳位电路
图5 a)标准IGBT和b) RB-IGBT的***有源钳位电路
如果使用带RB-IGBT的NPC2拓扑，则需要修改常规的AAC设计。图5 a 所示为包含D1和D3(低压二极管)的标准IGBT常用的AAC。由于仅使用一个双向TVS(Dx)，当–C/2施加于端子U时，A点将会产生***的高压。这会导致二极管D1和D3以及20R电阻过载，***终导致整个驱动器过载。为了防止出现这种高压，建议将所有单向TVS全都替换为双向TVS。此外，这些TVS还需要再串联一个单向TVS D4(图5b)。TVS网络的不对称击穿电压可确保当相输出端U出现负电压(-DC/2)时，A点产生的电压处在安全范围内(假定根据实际应用条件选择TVS)，而当U为正电压(+DC/2)时，有源钳位可以正常工作。
2.2 短路保护功能
为了在短路事件中保护任何拓扑的IGBT，需要可靠的退饱和监控功能。图6 所示为经典的退饱和监控方案，该方案中使用高压二极管。这种设置通常用于检测短路。更***的解决方案是将高压二极管替换为电阻网络(图7a 中的Rvce)，该电阻网络能够在IGBT 导通状态下测量VCE 电压。这种解决方案可避免短路保护误动作[1]。两种方案均可用于两电平和三电平NPC1/NPC2 拓扑。
但是，如果选择了带RB-IGBT 的NPC2 拓扑，利用高压二极管的退饱和监控将不再起作用。与过压保护功能中解释的原因相同，只要对应的集电极电压为正电位(相对于发射极)，且对应的驱动器的高压二极管可阻断集电极和驱动器低压侧的检测输入端之间的电压，这种方法就起作用。但是只要极性变为负电位，二极管就开始导通，过高的电流将流过二极管，这将会损坏驱动器和/或IGBT。
在使用电阻网络的短路保护功能中，电阻Rvce 可降低集电极电压并限制从集电极流向驱动器检测输入端的电流。本文的下一部分将简要介绍这种电路的原理。[5]
使用高压二极管的退饱和监控功能
图6 使用高压二极管的退饱和监控功能
2.2.1 使用电阻网络的短路保护功能
下面的说明请参照图 7。在IGBT 关断状态下，驱动器内部的MOSFET 将检测管脚连接到
COM(门极驱动器的负电位)。然后，电容Cax 预充电/放电至负电源电压。如果没有二极管D1，K 点将会产生电压VK，该电压可按公式 1 进行计算。
公式 1：
D1 的功能是将电压VK 钳位在正电源电压VCC，以防止门极驱动器的检测输入端受到高压损坏。流经K 点的***大电流可按下面的公式进行计算：
公式 2：
为了限制电阻网络和二极管 D1 中的损耗，建议在***大直流母线电压条件下将电流调整为
0.6…mA。流经 F 点的电流可按公式 3 进行计算。此电流将在IGBT 导通时为Cax 充电。Cax 充电所需的时间决定了短路保护功能的响应动间。
公式 3：
在 IGBT 打开且处于导通状态时，上述MOSFET 关断。随着VCE 降低，Cax 从COM 电位充电至IGBT 饱和电压。Cax 上的电压始终与由Rref 决定的参考电压进行比较。发生短路时，电容Cax 的电压随着IGBT 退饱和而升高。当Cax 的电压高于参考电压时，驱动器即将此视为故障状况。图7b 描述了短路保护的过程。