半桥逆变snubbber电路

1、半桥逆变SNUBBER电路描述：半桥逆变正负桥臂开关管关断时是硬关断，当负载电流很大时，开关管关断时di/dt很大，由于线路存在分布电感，所以会引起很大的电压尖峰，如果不加缓冲电路抑制电压尖峰的产生，则开关管的电压规格必须比正常值高出许多，开关损耗也较大，当UPS功率很大时（额定电流很大），开关管的选取将变得异常困难；同时，过高的di/dt将产生严重的EMI。给半桥逆变的开关管增加关断缓冲电路可以降低di/dt、减小关断损耗，并能降低相应频段的EMI。一、 常用SNUBBER电路的种类1、RC SNUBBER（如图1）图12、RCD SNUBBER（如图2）图23、变形的RCD SNUBBER

2、电路（CLAMPING电路，如图3）图3二、 SNUBBER电路的工作过程 （以RCD SNUBBER电路为例进行分析，只分析正半周的情况）1、 Q1开通后进入稳态，流过Q1的负载电流为I，此时UCS1=0，UCS2=2*VBUS（如图4，红色箭头表示电流流向）。图42、 当Q1的栅极上加入关断信号，电流I通过Q1的C、E间的寄生电容流过，UCE1升高BUS+不变，UCE1升高，则UE1C2=UBUS-UCE1降低，Cs2将放电。，随之DS1开通，一部分电流转移到CS1成为CS1的充电电流，Q1上电流减小，CS2经RS2、RLOAD进行放电（如图5）。图53、 Q1完全关断（恢复阻断能力）后，

3、UCE1大于正负BUS之和UE1C2=UBUS-UCE1，D2开始正偏置，在D2的正偏置电压没有达到其开通阈值电压之前不能及时导通，CS1继续过充电，CS2继续放电（如图6）。图64、 CS1仍然过充电，D2开始续流，负载电流I由正桥臂向负桥臂换流，CS2放电（如图7）。图75、 D2完全续流，CS1放电，CS1上过充的能量一部分消耗在RS1上，另一部分反馈到BUS（如图8）。图86、 CS1放电完毕，UCE1=2*VBUS，UCS20，D2进入稳态续流（如图9）。图97、 Q1再次开通，Q1与D2之间进行换流，Q1的电流增大，D2的电流反相进入反相恢复过程，同时CS1、RS1、Q1构成CS1

4、的放电回路，Q1、DS2、CS2构成CS2的充电回路(图10)。图108、 D2的反相恢复完毕，Q1上流过负载电流I，同时，CS1的放电、CS2的充电仍然继续（图11）。图119、 进入正桥臂稳态工作的情况（一个工作周期结束）。三、 SNUBBER电路定量分析1、 RCD SNUBBER电路考虑线路主要分布电感，电路原理简图如图12。图12根据上面对电路工作过程的分析可以知道，“过程4”中UCE1达到最大，其值约等于UCS1，将电路再次呈现在下面（图13）。图13由电路有：2*VBUS= （1）由于iL2=I-iS1，代入（1）式得： 2*VBUS= (2)由于iS1=，代入（2）式得： 2*

5、VBUS= (3)(3)式是一个“二阶常系数非齐次线性微分方程”，它的通解等于对应的齐次方程的通解加上它的一个特解，其对应的齐次方程为： 0 （4）对应的特征方程为： (5)解之：S=± 令，（4）式的解为：uCS1=K1cost+K2sint (6)可求出（3）式的一个特解为：uCS1*=2VBUS，则（3）式的通解为：uCS1=K1cost+K2sint+2VBUS (7)由于uCS1(0)=2VBUS，所以K1=0，（7）式化为： uCS1= K2sint+2VBUS （8）所以：iS1=CS1 （9）由于iS1(0)=I，所以K2=，则（3）式的通解为： uCS1= sint

6、2VBUS (10） 所以uCS1过充的电压(超过2VBUS部分)为： U= sint （11）其最大值为： UMAX= (12)2、 变形的RCD SNUBBER电路计算uCE的微分方程完全与RCD SNUBBER一样，即：UMAX= (13)3、 RC SNUBBER电路电路简图如图14图14根据图有：2*VBUS= (14)对应的齐次线性微分方程为： 0 （15）其特征方程为： （16）由于RS12C2-4(L1+L2)CS1的符号未知，所以（16）式的解有多种不同情况，这里只讨论<0的情况，令，则：S=- （17）令-、d，则（15）式的解为： uCS1= （18）由于uCS1(

7、0)=0，所以K1=0，则（18）式化为： uCS1= （19）所以： iS1=CS1( （20）由于iS1（0）=I，所以K2=，则（15）式的通解为： uCS1= (21)可以求出（14）式的一个特解uCS1*=2VBUS，则（14）式的通解为： uCS1=2VBUS (22)所以uCS1过充的电压(超过2VBUS部分)为： U= （23）由于<0，所以<1，则： U (MAX)= （24）四、 三种SNUBBER电路的比较1、 UCE的最大尖峰电压（CS的最大过充电压U (MAX)）RCD SNUBBER：U1= 变形的RCD SNUBBER：U2= RC SNUBBER：U

8、3= 因为d=，所以U1U2<U3，即在同等条件下RC SNUBBER电路抑制电压尖峰的能力最差。2、 开关管损耗RCD 、RC电路的C中电荷要经过开关管泄放，开关管损耗较大；变形的RCD电路的C中电荷不会经过开关管泄放，开关管损耗较小。3、 RS功耗RC电路中的RS在CS充放电过程中都有损耗，损耗较大，令损耗为PRS1，则：PRS1=f (f为开关频率，K为损耗系数，因为CS中电荷不可能全部损耗在RS上，所以K<1)RCD电路中的RS只在CS放电过程中有损耗，损耗居中，令损耗为PRS2，则：PRS2=f变形的RCD电路中的RS只在CS放电过程中有损耗，且CS中的电压变化幅度为U，

9、所以损耗最小，令损耗为PRS3，则：PRS3=f4、 EMI三种电路都能降低di/dt，从这方面看EMI差不多。RCD电路降低了开关管关断过程的du/dt，EMI最好；RC电路虽然也降低了开关管关断过程的du/dt，但由于RC常数较大，du/dt比RCD电路大，EMI居中；变形的RCD电路不能抑制开关管关断过程的du/dt，EMI最差。五、 3A3-15KS逆变SNUBBER电路设计1、 允许CS的过充电压UBUS电压VBUS最高取450V，则2*VBUS=900V，如果选用1200V的管子，则U<1200-900V300V这里留有一定裕量，取U250V。2、 分布电感估算布线电感的经验

10、估算公式为：L= (H)3A3-15KS BUS电容与IGBT间用长导线连接，其长导线为主要分布电感来源，正BUS线长0.3m、负BUS长0.26m，都采用10线，线径为0.003m，所以有：L=2*0.56*5.8*10-7H3、 CS选择(先根据RCD SNUBBER计算，软件限流点为90A，实际上由于采样点在开关周期的中点，所以电流有超过90A的可能，这里取I=100A进行计算)根据（12）式UMAX=有：CS1=0.09*10-6 F=0.09uF这里取104/1000V电容。4、 RS损耗计算(取损耗系数K=0.1)RCD SNUBBER：PRS2=0.5*0.1*0.1*10-6*11502*19200=114WRC SNUBBER：PRS1=0.1*0.1*10-6*11502*19200=228W变形的RCD SNUBBER：PRS3=0.5*0.1*0.1*10-6*2502*19200=6W5、 SNUUBER电路选择从RS损耗计算中可以看出，选择RCD SNUBBER电路损耗会非常大，而选择RC SNUBBER电路损耗会再增大一倍，因此需选择变形的RCD SNUBBER电路（CLAMPING电路）。6、 DS选择根据上面的分析可以知道，在DS开始导通的瞬间，DS将流过所有的负载电流，软件限流点为90A，实际上电流有超过90A的可能，所以DS的I