缓冲电路笔记

1、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调制控制中，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出现危险的过电压，造成功 率管的损坏.产生过电压主要有2个原因:关断浪涌电压和续流二极管恢复浪 涌电压关断浪涌电压是在关断瞬间因流过IGBT的电流被切断而产生的瞬态 高压；而当续流二极管恢复反向阻断能力时会产生与关断浪涌电压相似的浪 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可能发生突变，它必 然通过下桥臂IGBT模块的续流二极管VD2流通.如果电路是

2、理想的，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.JU1TRGBT11GRF2一I vrTGBT2VD2图1线路杂散寄生电感对的影响1所示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阻止负载电流向VD2切换,在该电感两端产生阻止母线电流减少 的电压VS(VS=LS *dLS/d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.在极端情况下，该浪涌电压会超过 I

3、GBT1的额定值而导致它的损坏.续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相 似的浪涌电压缓冲回路的设计线路因杂散电感会产生的瞬态浪涌高压，这种浪涌电压如果不加以抑制, 可能会造成功率开关器件的损坏而减少这种浪涌电压的途径有2种,一是采用层状母线结构，降低母线寄生漏电感；另一种方法是安装缓冲电路缓冲电路 在IGBT关断时工作，起到提供旁路的作用，从而达到抑制尖峰电压的目的，同 时还可以减小功率器件的开关损耗因为引起功率电路上产生瞬时冲击电压 的能量正比于1 /2LSi25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，就必须减少主电路的寄 生电感.

4、因此选用了具有如下片状结构的IGBT如图2所示.通过与宽排母线相连，很好地降低了线路电感啊壑片-通向克流整漉电容、*s.rfHS吸收回踣层、IIrJ_1ti j r eIGBT構块xdim-I* *i-11Hl1IGBT模块mi1IrmL-C2彥欖事 *-代用 *(+)<M电压的缓冲电路主要有4种类型，如图4所示BCD图44种类型缓冲电路结构A型结构的缓冲回路最简单，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型结构的缓冲效果将会变差，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恢复二极管来捕捉 消除冲击电压和阻塞振荡，解决了 A型存

5、在的一些问题.这种缓冲回路中的RC 时间常数应该大概为IGBT开关周期的三分之一(t =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控制浪涌冲击电压.C型结构的缓冲回路是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,但因为 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控制冲击电压、寄生振荡和dv /dt噪声冋题，但其本身功 率消耗太多而不适用高频系统应用.在设计中，采用A型和C型缓冲回路的复合回路.图5是使用C型缓冲回路IGBT关断时的典型电压波形.其初始的尖峰电 压厶V1主要由缓冲回路的寄生电感和缓冲二极管的

6、正向恢复引起的 ，当采用 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计算厶V1的幅值，即 V仁 LSX di /dt.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 x |。当4 V1的最大允许值被确定后 就可以通过这个公式来计算缓冲回路的最大允许寄生电感值.装置设计时允许流过的电流峰值为400 A4V1限制为100 V,由式得di /dt=0.01 A /ns x 400 A=4 A /ns.（2）LS=A V1 - di /dt=100 V -

7、 4 A/ns=25nH.从上面的计算可以看出，大功率的IGBT电路要求缓冲回路的寄生电感非 常小.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、电容和快速恢复型二极管.2）缓冲回路尽量靠近IGBT.3）尽量采用多个小的电容并联构成缓冲电容，因为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 V1之后还有一个较小的峰值电压厶 V2,这个电压的形成主要是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厶 V2的大小，即2Lb xi2 = 1/2 XC x V式中LB母线寄生电感,i为工作电流,C为缓冲电容值.

8、同样，在设定厶V2 的最大允许值后，可以通过对式（4）的变化来计算一个给定功率电路的缓冲电 容值的大小,即。=害具体的相关参数的选择可以参考三菱公司相关资料说明通过以上设计原则和反复实验，本装置缓冲电路选用低电感的聚丙烯无极电容1. 37卩F1200 V,无感泄放电阻36W/100W,以及与IPM相匹配的快速缓冲二极管1200 V /100 A.逆变桥缓冲电路应用研究与软开关技术探讨周永明在图2<5的三冲缓冲电路中，A型缓冲电路结构简单，B型利C型电 路使用较为广泛，二者的工柞原理基本相同，因此本文将主耍对B型缰冲 电路进行分析。便用B型缓冲电路的IGHT单相、三相逆变桥等效电路如 图2

9、不所示：（Q三相6）单祁图2-6 IGBT逆变器蒔效电路给构以开关7；关断时刻为起点来分析缓冲电路的工作原理其工作过程可分为 三个阶段即：换流阶段、杂散电感一谐振放能阶段、缓冲电容G*放电阶 段叫1 换流阶段这阶段从开关7；接收关断信号开始到开关7；完全截止结束.在这一 阶段中，流过6的母线电流经过7；和缓冲电路两条支路分流。由于此过程 时间很短，一般为纳秒级因此可以将此过程中电压s电流的变化拟似线 性化來处理。其等效电賂如图2-7所示占Vd立m 图2-7假设线性化换流过程持续的时间为卩,线性化换流等效电路则由图2-7可得cs(2-1) (2-2)在此过程中开关两端的电压为十厶学。必须说明的是

10、，由于实 at际的换流过程并非完全的线性，应此在此过程中会111现第个电压尖峰， 且此电压尖峰与母线电流九、缓冲电路寄生电感厶、关断时电流的由/力 有关.2.杂散电感S谐振放能阶段线性化换流阶段结束后，开关完全截止主回路杂散电感。与缓冲电 容C,谐振，厶户中储存的能凰通过C$泄放.当达到谐振峰值时，回路电 流i为零，缓冲电路二极管0截止，箝位“防止振荡的发生。在此过程中 将出现第二个电压尖峰，且此电压尖峰主要是由杂散电感乙引起，在下面的分析中可以石到，该电压尖峰与母线电流丿"缓冲电容C八杂散电感 Lp、缓冲电路寄生电感厶有关。这一过程的等效电路图如图2弋所示：Vd图28厶谐抿放能爭效

11、电路L = Lp、+ Lp2 + 厶列电路方程为:C1初始条件为:i(O)"c “(0)=匕+人詁解电路方程可得:(2-3)wu 二匕 + Jw« (0) _ 匕 F x sin(twor - (p)= , (p = arctan()LC,lLCi由(2-3)式 当如-卩专时町达到峰值其峰值为：(2-4)如果忽略线性化换流阶段的升高，由（2-4）式可得:(2-5)3缓冲电容C,放电阶段谐振放能阶段结束后，电容G通过电阻&、电源和负载放电。在放 电期间，可以认为负载是恒流源。有了负载后，可以不考虑匚、坊对放 电的影响。其等效电路图如下；+图2-9电容C,放电等效电路图

12、山图2-9列电路方程为："-匕二 c d%Rt 1 dt初始条件为：“（°）=%处=匕+"川十¥解电路方程可得(2-6)dt对干不同拓扑结构的缓冲电路，允许缓冲电容G放电的最大时间各不一 样。对于图2-6 (a)所示的拓扑结构其最大放电时间为耳/3 (线性化换 流时间和谐振放能时间相对很短，可忽路不计对于图2-6 (b)其垠大放 电时间为Ts/2.假设当=时认为C,上的过电压放电完毕，且限定 “ =竺二2"00% = 15%,则对于图26 (a)(2-7)心的功率损耗为:(2-8)同理可求出对于图26 (b)R, 2C,lnl5(2-9)从(2

13、-8)、(2-9)式可以看出缓冲电阻出的功率损耗与&的阻值、G 的大小并无关系.在这里必须说明的是，在实际的工作过程中曲于缓冲二 极管的反向恢复特性，导致此阶段开始将出现一个振荡区，由于此振荡持 续的时间相对于放电过程持续的时间来说很短，为了分析问题的方便，在 上面的讨论中将缓冲二极管理想化了。4.缓冲电路二极管Q容量计算在缓冲电路工作过程中，只有线性化换流阶段和Ls谐振放能阶段有电流流过缓冲二极管。在线性化换流阶段电流为/x± .在谐振放能阶段电流由(2-3)式可得为A.cos(eo/-e)(忽略了线性化换流阶段电压的变 化)，由此可以求得流过缓冲二极管Q电流的有效值为：对

14、于图2-6 (a):加詁FT(2-10)对于图26 (b):丿心=人#【牛+补(1+兀+ 20 +血2刖(2-11)必须指出的是，式(2-11)不能完全作为二极管电流容fit的选择，必须考 虑重复冲击电流人的影响。一般都是由重复脉冲幅值人來决定它的容量选 择，同时选用快恢复二极管。5.仿真实验结果缓冲电路各元件参数对缓冲电路影响的仿真分析1.缓冲电容C,对缓冲电路的影响保持电路其他参数不变，只改变G的值，分别让C广0. luF、027uF、05pF,则可以得到开关两端的关斷电压仿其波形如图2-11所示:图211G对关断电压波形的影响从图2-11中可以看出随着C,的增大，笫二个电压尖峰越來越小，

15、这是由于 G越大，缓冲电路对关断浪涌抑制程度越好，这与公式（2-5）是相符的。 另外，从图2-11中还可以看出随着C,的增大，第二个电压尖峰出现的时间 超来越滞后，这是由于C,杭大，则G谐振放能周期越长，从而使得达到 谐振峰值的时间越长.2.缓冲电阻心对缓冲电路的影响保持缓冲电路其他参数条件不变，而改变&的大小，令&分别等于8 Q、18 Q、390,则得到的开关关断时的电压仿真波形如图2-12所示。从 图2-12中可以看出心的大小对线性化换流阶段和杂散电感谐振放能阶段的 电压波形并无影响，但是却对C,放电时的电压波形有影响.这是因为心越 小，则它在缓冲二极管反向恢复过程中的分流

16、作用越大，电流下降率减小， 从而减小了厶、对上的电压。图2-12 &对关断电压波形的影响3.缓冲二极管0对缓冲电路的影响如图2-13给出了 0为理想二极管（反向恢冥时间为零或几乎为零）及 实际使用的快恢复二极管时的关断电压仿真波形。图213 D,对关断电压波形的影响从图2-13中可以看出二极管的反向恢复特性虽然不会影响关断电压的峰 值，但却使得IGBT关断时集、射极之间的端压稳定时间变长，应此在实 际使用中应选择反向恢复时间短、反向恢复特性软的快恢复二极管.二、缓冲电路设计中应注意的问题从节的分析中我们可知：缓冲电路在关断过程中将岀现两个电 压尖峰，第一个电压尖峰出现在换流阶段，此电压

17、尖峰主要由缓冲电路寄 生电感引起的：第二个电压尖峰出现在0C,放电阶段，山于缓冲二极管 的反向恢复符性，还将出现振務。应此，如何有效抑制两次电压尖峰以及 如何使IGBT集、射极端压快速稳定是IGBT缓冲电路设计时所要解决的主 要问题。为有效抑制第一个电压尖峰，应尽量减小缓冲电路的杂散电感厶，减 小IGBT关断时的di/dr缓冲电容应选择聚丙烯膜或类似低介电损耗膜的 低感电容，在可能的情况下利用小电容并联来获得需要的电容值；缓冲电 阻应选择无感或低感的金属炭膜电阻；尽可能将缓冲电容、快恢复缓冲二 极管、大功率电阻都组装在一块印刷电路板，安装时电路板尽可能靠近 IGBT模块，一般安装在ICBT模块

18、之上的汇流母线上。为有效抑制第二个电压尖峰，除应尽量减小主回路杂敵电感S外还 需对缓冲电路的参数C进行合理的设计，其设计公式可依据(2-5)式。 分析式(2-5)可知，所需的电容量与母线寄生电感成正比。这样，上面 介绍的那种降低母线电感的方法，就能减小所需的缓冲电容.其次需要考 虑的是.C,值与正被关断的电流的平方成正比，这就需耍使用限流技术，表2-1功率电路和缓冲电路推看设计值模块型号推荐设计值主母线电感 (nH)缓冲电路 类盘缓冲电路冋路 电感(nH)缓冲电容 (uF)IOA50A 六 合一或七合一 型200A型200 75A200A 六 合一或七合一 里100A型2050A200A戏血元

19、100B型20300A600A 双单元50B则20200A300A双草元5030-15400A 单元50C型12600A 一单元50C盘1 82-12-1中给出的缓冲电路设计推荐值，是以过冲电压100V为前2-1针对貢流主母线电感锻列出一些推荐的目标 值，选择这些数值的冃的在于便于缓冲电路的设计，同时是使缓冲电路对 各种瞬态过电压保持良好的控制.为减小振荡应尽量选用恢复时间短、恢复特性软的快恢复二极管同时 应对缓冲电路参数心进行合理的设计，其设计公式可依据(2-9)式。逆变器的缓冲电路 孙晓婷ABCD22 缓冲电路A图2A中的缓冲电路最简单.当IGET工作时，跨接在紧靠IGET的直流母线两端的

20、 电容C 1,可以吸收Ls中存储的能量，使IGET集射极间瞬态尖峰电压受到抑制这个电路的缺点是不适用于负载为并联谐振的装置这是因为当负载发生谐振时，电路相当于断路，存储在电容中的电流只能通过T1和T 2放电,使管子两端产生过电压导致IGET损坏2.3 缓冲电路E图2 E中的缓冲电路是在A的基础上，加接了电阻R 1和二极管D 1,吸收电容C 1通过二极管D 1充电，通过R 1放电这种电路在IGET关断时，抑制瞬态电压的效果好，抑制开通时的IGET瞬态电压的效果稍差，但因有R 1的阻尼能消除C 1放电造成的电流振荡使IGET开关时处于更平静状态这个电路的缺点在于保护电路的附加元件(即二极管)增加了

21、缓冲电感，而且这个电路不能用小电感电容缓冲电路在逆变器中的应用 _张立广1 RCD缓冲电路原理图1缓冲电路原理图RCD缓冲电路由缓冲电阻 R、缓冲电容C、和阻尼二极管 VD组成，所以称其为RCD缓冲电路，RCD缓冲电路原理如图1所示。RCD缓冲电路工作过程分为两步：(1)场效应管VT关断后，电路中漏感能量通过阻尼二极管VD对缓冲电容C充电直到C端电压Cu=UDS-UVD(2)场效应管VT导通期间，缓冲电容 C通过缓冲电阻R和场效应管VT放电。在此过 程中电路中漏感能量通过缓冲电阻R消耗，从而减小了场效应管上的消耗。RCD缓冲电路的性能主要取决于缓冲电容C。当缓冲电容C取值偏小时，UDS上升较快

22、，电路漏感释放的能量快速对缓冲电容C充电，场效应管的关断电压尖峰毛刺较大；当缓冲电容C取值偏大时，UDS上升很慢，基本没有场效应管的关断电压尖峰毛刺，但此时将增大RCD缓冲电路的消耗；当缓冲电容 C取值适中时，场效应管的关断电压尖峰毛 刺大小适中得到抑制，此时 RCD缓冲电路的损耗也大小适中。3 RCD缓冲电路参数计算RCD缓冲电路器件参数可参照功率器件场效应管的关断电压特性计算。逆变器场效应管关断时消耗的能量为：上式中*厶为最大极电流V "为最 丈冊-源機區I二匚为场妁应管册极电I k ® 犬上升时间为场效应管源機电硫最大下 降时冋叫曲式珂得；“逆变器功率元件导通期间缓冲

23、 电容C经缓冲电阻R按指数规律放电，即：Uc二畑严"为了保证缓冲电容C能在逆变器功率元件导通期间能够完全放电,应滿足F式* fTU<3- 5)*C流过场效应诲的电流过丈，使缓冲电容C的 拠也口賂电流北“ -7八十丨 I!：(JA.二亠WG25AR缓冲市加I消耗的功率为:的幵天频RCD型缓冲吸收电路仿真与实验研究 _张 小宾aC3?缓冲电路：如图2町所示.由个无感电养住爼成.通常作为整体缓冲电路.但遇前 着功率级别的增加，可能同母线寄生电感作减幅振落.b) RC型缓冲电路：相对于C型缓冲电？S,能有兹抑制振荡发生关断浪浦电压抑制效果好, 通営作为单独缓冲电路楼用，电路如图2(b)

24、所示*当它用于大功率逆变器时，必须减小鏡冲电餡 值，便得器件开通时* U容裁逆变器。c) RCD充放电塑缰冲电路；如图2(3所示.屯路便用快邃二极管Ds钳位瞬变电压，即可抑戢 振荡冲电阻值，可用于大容童逆变器* RC时闾常数设计为开关周期的】/3 以保证缓冲电客Cs上吸收的尖峰电用在每牛开关周期通过Rs放掉，但是援冲电路的损耗(主 要是缓冲电阳)干开关频率l-2KhZ以下的逆变器.d) RCD限幅钳代缓冲rfcffi： BE能抑制关斷浪涌电圧，缓神电路的损耗又很小，常用于中大窑 蜀器杵.高频开关应用场合.做为单曲缓冲电路使用*3.1 RCD限幅钳位型缓冲世路原理分析为了分析RCDRite作状态

25、为IGBTi导通.IGBT【GBT】向负载供电.Ucsl-Ud负我电流为!0电路如图3IGBTi的驱动侑号消央时，IGB"开始关斷.它的等效电阻肝急剧上升. 集电极电iftiT下障，其网城电压Ucei不斷上升.UmUd时，被反偏，缓冲电路不起作用； 当UcEiXd时.Dsi正偏导通.忽略它的管压降，UaUcsH的分析中近似认为h半导体开关28件在开迫和关断过讯中其集冬极电流k的升、陆过程是十分复杂的在分析 中通常认为"按线性规律变化I叫即，开通时；23心omsg关Itt时： = /（|山式中.b为负载电渣；-为开Ifi过用中电流上升到b的时间即上升时间；-为关斷过理中电流

26、下降到孚的时间.即卜降时何.在gUwsn（套考佰：600V 器件为2030V： I200V器件为40YWV）.IGBTi的CE间电压为，Ug 7占八/加处°0）此时岀观起始尖峰电压.随着充电过程进彳了Dsi正向过渡將性皈IGBTi关断过以给柬时，即t="时：(4)IGBTi IGBT?上的埃流二极管6导通.臥=0缓冲二极徉g 的阴极目位在4的负股电位上.IGB"关斷后，主冋珞杂就电够S与煖冲电齐5谐瓶S中储存的能歌通过Cs用放.当 Ucsig截止，轩位Ug防止振聶的发生 在北过思中将岀现那二个电圧尖峰.且此电用尖峰主耍处由帝生电駅"引尽，任卞面的分析可1

27、。吸收电容Cm寄生电感S有关.由墓尔彼夫电压定理KVL：U. » U©、=（/ LpCg 兰"罗 1/心0（5）由切始条件*解方程得到:(6)由(6)式，当创+ 0 = £时.U®达到峰值。2= d(l+Al/%)(9)由此可见，电感Lp的借能完全等丁电容Ch电压升高所需要的电荷 “为过电 压保护程度，一般设定为15%。但选定Csi容童之后，实际的保护程度是根据式(8)计算的数值。谐振放能阶段结束后，电容Cm通过电源U"寄生2感Lp、电阻Rsi向直流电源和系统放 电，直到UcsiWJ"缓冲迫阳的要求杲 IGBT次断时.Cs

28、1：积累电荷的90%能够及时释放掉。阻值过小.缓冲 电路可能振荡，Rs的值按下式选取囚：(10)缓冲电阻Rs产生的损耗P(rs)与阻值无关加小)式中F为开关频率，系数10是电阻功率的裕量系数，防止制升过髙.根据上面的分析给果，本文采用进行了仿真，主电路拓扑釆用图1所示的半桥电路,电路参数：Udc=750V, Lp=200nH,峰值电3U=120A三相桥式逆变器关断缓冲电路的研究如图1所示,TI管正常导通工作时流过负载电流I。现将TI管关断,T管恢复阻断能力过程中，由于续流二极管 D:有延时导通时间t,、，同时主电路中有电感存在，则负载电流I不能突变，在tooN时间内迫使负载电流I经T;管集电极

29、与发射极间的寄生电容CcE流通，且在功率管上产生关断损耗。此时 TI管两端电压的变化规律为：CE J 0皿越大”罪也越大克因此续流二级管0和D,必须是快速恢复二极管。当rm珂大小一定时， 功率世关断过程中再若能在架电扱与发射极两端 并接上一个容值校大的电容则可将部分负载 电施从功率管上转移到电容C上，降低功率管上 的艾断损耗限制过高 f 的出现。此时1卩 O0NVce = FZTFidt=I Edqm/(C(t+OLve十j J。由上式可见外接并联电容C的容值越大. 则哄E越小，从功率管上转移过来的负载电流越 多，即从功率管上转移过来的关断损耗越多'功率 背的工柞状况将得到改善。外接电

30、容C并联上去的方法不同，则构成了 我们下面将要讨论的3种不同的缓冲电路。对快 速】GBT功率模块来说，模块中续流二级管的导 通廷时时间一般为几百因此要求吸收回路的 快速二极管U和的延时时间要在几f ns之 间，才能保证吸收回路正常投人工作，不然仍会岀 现危险的浪涌过电压。在缓冲电路中所使用的电 容和电阻元件要求是无感元件，以撮高吸收回路 的动态响应过程七C濱式(1)其中io为负载电流最大值D1Q】D3真分析周庆红以下用Pspiee 真软件对如图1所示的全桥逆 变器进行仿真分析。开关器件采用1RF公司生产的 1RFP4S0,其绘大耐压500匕最大耐流14儿输出电容C型缓冲电路用于 MOSFET逆

31、变电路的仿Coss720pF Jl （口讪二 17ns, tr=47 ns, til（ifl）92ns 1 if=44nso 开关频率f- iMHzf UdelOOV,理想电阻负载 R=10Qt Lp=200nHf Lfl=20nHQ 由式（1）算得缓冲电容含有C型缓冲电路的全桥逆变电路如图1所示，其中udc为电源电压，QI Q4为功率MOSFE T开关管,DI 一 D4为反并联二极管 丄P为主回路寄生电感，Cs为缓冲电容 丄S为缓 冲电路寄生电感,Cs和Ls共同组成缓冲电路部分。可将缓冲电路的工作过程划分为两个 阶段：()1换流阶段：即开关管关断延迟阶段。此阶段，流过主回路寄生电感切的电流经

32、过开关管Q和缓冲电路两条支路分流。缓冲电容Cs放能阶段：换流阶段结束后，开关管完全截至。缓冲电容Cs通过负载和电源放电。缓冲电路 Cs参数计算：= 0.45 一2$2U,f厂切初为电流下降时间,Coss为开关管输岀电容。Cs图1含有C型鏡冲电路的金挤逼变电路B型缓冲电路用于 MOSFET逆变器的仿真 分析余向阳器件典型关断波形如图2所示，其中Vd为电源电压。可将缓冲电路的工作过程划分为3个阶段：换流阶段从开关接受关断信号到完全截至。 此阶段，流过主回路寄生电感 Lp的母线电 流经过开关管 Q和缓冲电路2条支路分流。在此过程中出现第一个电压尖峰V1°AV1与母线电流IL缓冲电路寄生电感

33、 Ls关断时电流的di/dt有关。谐振放能阶段换流阶段结束后，开关完全截至。主回路寄生电感Lp与缓冲电容Cs谐振,Lp中的能量通过 Cs泄放。在此过程中出现第二个电压尖峰V2,此尖峰与母线电流IL,主回路寄生电感Lp缓冲电容Cs缓冲电路寄生电感 Ls有关。缓冲电容Cs放电阶段谐振放能阶段结束后，电容Cs通过电阻Rs电源和负载放电。图2塩沖电路的典更关虾减弗缓冲电路参数计算叫LitJ X hl 15(2)其中:k为母线电流；耳为母线电EE;L= Lf+ 为开 关频率：S为主回路杂散电感;匚为缓冲回路寄生屯感; '飙 为过电压保护度，般设世为1SL对以MOSFET为主开关器件的全桥逆变器(

34、如图3 所示)用PSpiee进行仿真，仿真电路参数如下:电源电压 Vd= 450 V, M OSFET 为 APT 的 APT8O24LFLL (31 A / 800 V )t主回路寄生电感0= 2(K) nH?缓冲回路寄生电感20 M P1,缓冲二极管采用 1XVS 的 DSEP29- L2LMOSFET逆变器缓冲电路仿真分析 孙强图2螺冲史骼的典型关断浚阳 缓冲电路参数计算皿厂吒M式中A-母线电流母线电用L心一一开关频率主回路奈战电感一缓冲网路寄主电感一过电压保护度，一般谁定为13喺75kVA_IGBT_PWM变频调速装置研究_朱典旭缓冲电路种类很多，主要有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路及

35、直流母线间整块安装缓冲电路两大类。在大容量变频调速装置中，为简化缓冲吸收电路的设计并减小布线电感，工程设计上应尽可能采用整体缓冲电路。7k5VAIGBTPWM变频调速装置中缓冲吸收电路为整体缓冲吸收 电路中的无损耗缓冲吸收电路 ，如图4所示。该吸收电路的特点是电路简单 ，且由主电路分布电感和缓冲电容构成的谐振电路易产生 电压振荡。实际应用中应尽量减小分布电感。大容量IGBT逆变器的开关瞬态电压抑制_张宗桐降低母线分布电感的方法在功率回路设计中，器件固有的外形尺寸以及电动力与热稳定的要求，往往与减少分布电感相矛盾。一种适合在大电流下工作的低电感母线结构与通常的母线区别在于：采用叠层式母线将电流反

36、向的母线 (如电容器的P、N母线和逆变桥的正负母线 )相叠， 并尽可能靠近，中间用绝缘材料垫开如图 2(a)所示。从电磁学原理可知，当上下导电母线 的形状、面积相近，则二者所产生的磁场将互相抵消，理论上这时的母线电感为零。对于 逆变桥，考虑到一侧的输出母线会影响邻近的P、N母线的磁通平衡，引起电感量增大，这时将输出母线于 P、N母线中间(如图2(b)所示)，P、N母线的磁道又恢复平衡。-z狀上述方法在55kw以上IGBT逆变器中得到广泛采用，如图3所示为ABB6刀系列75kw的 母线结构，其中图3(a)为电容器P、N母线的结构，图3(b)为整流桥与逆变桥之间的母线结 构。为了缩短电容器与逆变桥

37、之间的连线,以获得最小分布电感的效果，另一种结构是将电容器组与逆变器用母线作紧凑型连接，此结构见于SANKENL系列55kw以上机型，如图4所示。其它结构限于篇幅，不一一例举。PI +珥线(h)訂,I包韓£I Ul ! II |11、逋变模获(2)增大母线宽/长比缩小母线长度固然能减小母线电感,而在很多情况下，有意将母线展宽，对减小母线电感也有显著效果。这是由于展宽母线实际上等于缩小了母线的有效长度的缘故。 当母线宽度b母线厚度d及气隙占,母线电感为L =从公式(2)可知，间隙的减小有助于电感的减小。综上所述，就不难理解为什么在大电流场合，通常都采用板状母线，而不使用圆导线。(3)正

38、确的引线位置在满足(1)、(2)式的同时，母线引出线位置的确定也十分重要。引出线位置的确定依据是 保证电流在母线内能保持均衡，可以想象，当上下层母线内部电流是不均衡时，换句话说，即在对应的位置所流过的电流是不相等时(尽管各自流过方向相反的电流),即使母线的大小和面积相仿，母线的电感也不可能减小到最小，得不到预期的效果。因此，在很多情况 下，引出线都设计在母线的同一侧，但考虑到接拆线的方便，上下引出线不得不适当错开位置,无法做到完全重合。针对大容量IGBT功率电路的特点，通常对称型的 CRD缓冲电路(如图5所示)已不适用， 而较多采用图6所示的缓冲电路。如果说图5的缓冲电路主要用来限制电压的上升

39、率du/dt的话，则图6的电路主要用来限制过电压。比较图5、图6电路可知，其电路的主要区别是：缓冲电容C在IGBT的开关过程中不发生完全充放电。 因此，就不存在电容的全电压放 电的过渡过程，工作过程较为简单。在电路正常工作时 ，缓冲电容C的端电压维持在直流 电源电压，只有当IGBT关断瞬间因母线分布电感引起过电压时，C才经过电源、电阻放电。当电容电压等于直流侧电压时 ，放电过程便结束，因此电压过冲小。(2) 缓冲电容C可以选取得较大，以便吸收更为有效。(3) C充放电回路不经过IGBT开关管，上组开关管TI与下组开关管毛之间的连接母线的电 感影响相对较小，这对于大容量IGBT的安全工作显得十分

40、重要。2)校孩缓冲电容G假设IGKT关新时.皓线的分布电感的能鈕均披缓冲电容O所吸收，即：1/2(L /J)二 1/2(G口(5)式中：h为ICBT®定工作电流，为电压过冲38 jG"(册'当电压过冲猛披确宦肾也同时被确定。电容模块在缓冲电路中的应用舒正国也可以使用经验估算的办法来确定电容值，通常每100A集电极电流约取1卩F缓冲电容值。这样得到的值，也能较好的控制瞬态电压。无源无损缓冲器的设计与分析高燕图I 仁厅型无源无損找冲电路应用于LW/U：半桥变换潍国1 fJJ)翌无肿比扼歿冲电路应川于i)ij 匚半桥变换器逆变电源缓冲电路与隔直电容的参数计算_陈长江1.

41、1缓冲电路的作用RC缓冲电路并联在IGBT两端。其作用包括抑制过电压、减小开关损耗、限制电压上升 速率以及消除电磁干扰等几个方面2。抑制过电压IGBT关断时，线路电感会产生与直流电压同向的感应电压LX diL/dt,当没有缓冲电路时由于diL/dt很大，使 IGBT的C、E极之间形成很高的过电压。当过电压大于IGBT所能承受的极限电压时，会损坏器件。所以，为了使IGBT可靠工作，必须为电感中的贮能提供一 条释放回路，以大幅度降低关断瞬间电感的电流变化率，避免因过电压损坏IGBT。(2)减小功率开关管损耗IGBT关断时，IGBT的功率损耗取决于集电极与发射极之间的电压以及流过管子的电流瞬 时值,

42、两者乘积的积分值越小越好。使用缓冲电路可以改变IGBT关断过程中的电压、电流波形，从而减小IGBT的功率损耗。由图2可知，当无缓冲电路时，电压VCE瞬间升至最大值，而此时IGBT的电流IC也是最大值，这种情况下功率损耗最严重。采用RC缓冲电路后，VCE将逐渐升高，从而避免IC和VCE同时达到最大值的不利情况。 所以緩冲电路可以减小IGBT的关断损耗。(3)限制电压上升率过大的电压上升率 duCE/dt会在IGBT的PN结中形成很大的位移电流，它可能误使IGBT内部寄生晶闸管开通，导致栅极失去控制作用，这就是所谓的动态擎住现象。IGBT两端并 联的RC缓冲电路能够限制 duCE/dt的大小，有效

43、地解决IGBT的动态擎住问题。(4)消除电磁干扰在设备调试运行过程中，当无缓冲电路时，IGBT管两端的电压会产生高频振荡，造成电磁 干扰。采用缓冲电路即可抑制VCE的高频振荡，起到消除和减少电磁干扰的作用。岀2 lirr电盃一电圧头断波形1.2缓冲电路的参数计算但同时要考虑功率缓冲电路中，缓冲电阻R越小，电容C越大,则缓冲电路的作用越明显。 损耗等因素。IGBT关断后，缓冲电容C上贮存电能，当下次IGBT开通后，这部分能量以热能形式消耗在R上。尤中大的集电根发射极电压 (V L 术电源 K =537 4 V?为了碱少功率损組般耍求 心冬I20W, EF闵此统冲电容为；= 3.3XlO h K” 240 =24(氐而-537：42X?5X1(J1实际选用C=Q 01 "K电弄匚必须在再次叢斯前放电 完毕以确保电祥电压的初始状态蛤终为零.为 L RCJitl时何常数嗟须受到限制.般假设超 过3倍时问常数可以放完电则引tCRCK匚式中几=IITL) t；BT导迪占空比.I)40二-0 4k开戈周期* 7'.=i=4OHs25 < 1UOr4X4