2021年（完整版）缓冲电路笔记.docx

精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -有源滤波装置中逆变电路的设计 _夏向阳在三相桥式逆变电路 PWM 调制掌握中 、IGBT 模块由于开关速度快 、开关频率高 、动态损耗较大 、关断过程中功率管上有时会显现危急的过电压 、造胜利率管的损坏 .产生过电压主要有 2 个缘由 :关断浪涌电压和续流二极管复原浪涌电压 .关断浪涌电压为在关断瞬时因流过 IGBT 的电流被切断而产生的瞬态高压;而当续流二极管复原反向阻断才能时会产生与关断浪涌电压相像的浪涌电压 .如图 1 所示电路中 、当上桥臂的 IGBT模块 IGBT1开通时、流过感性负载的电流 IL不断增加 .当该 IGBT关断时 、感性负载中的电流不行能发生突变 、它必定通过下桥臂 IGBT模块的续流二极管 VD2 流通.假如电路为抱负的 、即不存在寄生的杂散电感 、IGBT1关断时其上的电压 VCE1只会上升到比母线电压 Ud 高出一个二极管的压降值 、随后 VD2 导通防止电压进一步增加 .但在实际的功率电路中线路上存在有寄生的杂散电感 、可以在图 1 所示电路中增加一个总值为 LS 的漏电感以模拟线路杂散电感的影响 . 当 IGBT1关断时、电感 LS阻挡负载电流向 VD2 切换、在该电感两端产生阻挡母线电流削减的电压 VS(VS=LS *dLS/dt电)、 压的极性如图 1 所示、它与直流电源母线电压相叠加并以浪涌电压的形式加在 IGBT1 的两端 .在极端情形下 、该浪涌电压会超过IGBT1的额定值而导致它的损坏 .续流二极管复原时会产生与关断浪涌电压相像的浪涌电压 .2.1 缓冲回路的设计线路因杂散电感会产生的瞬态浪涌高压 、这种浪涌电压假如不加以抑制 、 可能会造胜利率开关器件的损坏 .而削减这种浪涌电压的途径有 2 种、一为采纳层状母线结构 、降低母线寄生漏电感 ;另一种方法为安装缓冲电路 .缓冲电路在 IGBT 关断时工作 、起到供应旁路的作用 、从而达到抑制尖峰电压的目的 、同时仍可以减小功率器件的开关损耗 .由于引起功率电路上产生瞬时冲击电压 的能量正比于 1 /2LSi2[5].这里的 LS为母线寄生电感 、i 为主电路工作电流 .在保证工作电流 i 大小不变的条件下 、为了降低这种能量 、就必需削减主电路的寄生电感 .因此选用了具有如下片状结构的 IGBT如、 图 2 所示.通过与宽排母线相第 1 页，共 30 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -连、很好地降低了线路电感；电压的缓冲电路主要有 4 种类型 、如图 4 所示A 型结构的缓冲回路最简洁 、通过一个无感电容直接连接 C1、E2这.种结构适用于低功率电路的设计 、随着功率的增大 、A 型结构的缓冲成效将会变差 、甚至可能与母线寄生电感产生振荡 .B 型结构通过一个快速复原二极管来捕获 排除冲击电压和堵塞振荡 、解决了 A 型存在的一些问题 .这种缓冲回路中的 RC 时间常数应当大致为 IGBT开关周期的三分之一 (τ=T /3=1/3f). 这种缓冲回路也会随着逆变器功率的增大而无法有效掌握浪涌冲击电压 .C 型结构的缓冲回路为在大功率系统中应用最多的一种缓冲回路 、功能上与 B 型类似 、但由于它直接连接了上下桥臂 IGBT 的集电极和发射极 、从而大大降低了回路电感 .D 型缓冲回来能有效的掌握冲击电压. 寄生振荡和 dv /dt 噪声问题 、但其本身功率消耗太多而不适用高频系统应用 .在设计中 、采纳 A 型和 C 型缓冲回路的复第 2 页，共 30 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -合回路 .图 5 为使用 C 型缓冲回路 IGBT关断时的典型电压波形 .其初始的尖峰电压Δ V1 主要由缓冲回路的寄生电感和缓冲二极管的正向复原引起的 、当采纳快速型缓冲二极管时 、对产生这种尖峰电压的影响较小 、主要由回路寄生电感产生、这样、可以通过下面的公式来运算Δ V1 的幅值 、即Δ V1=LSdi /dt.(1)式中 LS为缓冲回路总的寄生电感 ;di /dt 为 IGBT关断时的电流变化率 .典型的 IGBT功率电路的 di /dt=0.01 A /ns IC.当Δ V1 的最大答应值被确定后 、 就可以通过这个公式来运算缓冲回路的最大答应寄生电感值 .装置设计时答应流过的电流峰值为 400 A、ΔV1 限制为 100 V、由式(1)得di /dt=0.01 A /ns 400 A=4 A /ns.(2) LS=Δ V1 di /dt=100 V 4 A/ns=25nH.从上面的运算可以看出 、大功率的 IGBT 电路要求缓冲回路的寄生电感特别小.在工程实现上可从三个方面到达上述要求 .1)选用无感型电阻.电容和快速复原型二极管 .2)缓冲回路尽量靠近 IGBT.3)尽量采纳多个小的电容并联构成缓冲电容 、由于越小的电容并联成的等效电容的寄生电感要比单个电容要小得多 .从图 5 可以看出 、在初始尖峰电压Δ V1 之后仍有一个较小的峰值电压ΔV2、这个电压的形成主要为由缓冲回路的电容值和 IGBT母线寄生电感产生的 .可以通过一个能量守恒的公式来估算Δ V2 的大小 、即1 L i2 = 1/2 C ΔV22 B 2第 3 页，共 30 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -式中 LB 母线寄生电感 、i 为工作电流 、C 为缓冲电容值 .同样、在设定Δ V2的最大答应值后 、可以通过对式 (4)的变化来运算一个给定功率电路的缓冲电容值的大小 、即LB i 22C = ΔV2详细的相关参数的挑选可以参考三菱公司相关资料说明 .通过以上设计原就和反复试验 、本装置缓冲电路选用低电感的聚丙烯无极电容 1. 37μF 1200 V、无感泄放电阻 36Ψ /100W、以及与 IPM 相匹配的快速缓冲二极管 1200V /100 A.第 4 页，共 30 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -逆变桥缓冲电路应用讨论与软开关技术探讨 _周永明第 5 页，共 30 页 - - - - - - - - - -L41asa•osnr›a‹、. ian 2—7 aup V、 + p $’ ıq、dt K、 +ı、 $p (2-2)• 、 =•.•‹、 d›、 . a-ass a. awtsıasn.›raaua. sss、›、 aease L、. xaaea d:le2. &&z、iDN&@、h&. 、 . • ‹、 .ac.:sa. ‹、v-ins.saac、a. n•.saaa. asaa:. s =ae D、 s‹r.、 sa•、ao.. a‹、. uuesqa‹.oa. a—sœauuu 2- .& 2-8 L; AW;&&$L$$L -- <、 * .、 $ + L、J(0)=f、 w„(0)=P、+/、J a (•—•› x a 、f-e-ș e •. ı e a . n o a a :iinnvord % W A as.aXvsa8tsu›ma & z-4 4f&•I、L I6@ w • c、 „ •›Gi. Itaaa&w. 6TSa. +&L、. z、t@&@ 3-9 Fj6&.@J›l•.(o›—r、 +//oa‹s• •(o)=• =r、 +” Z、 luP u* (2-6)duş _ • - .. ‘“ dı " R、vvss ea、 aec saaatx—w. nv z ‹s› gt›oss*scgr•1r、/› ‹sauaesıae‹•ısnısa. v+› r*$ z ‹b› saaaf$、II(Q、Ź T$ /2 、 țjŻ up(f) = I.01 x P &Ğ C、 Lt&Ğ &&Ji $2@› &gaay、-*v •›ș-›sg. xıj ny z-6 ‹B› (2-7) @Ro @2śŒ@ 2-6 (bJt2-93a ‹2。