緩沖電路筆記

1、文檔編碼 : CW7U9X10V6O10 HH4U2X5Q7O7 ZF9A2C2P9B6有源濾波裝置中逆變電路的設(shè)計(jì) _夏向陽(yáng)在三相橋式逆變電路PWM 調(diào)制把握中 ,IGBT模塊由于開(kāi)關(guān)速度快 ,開(kāi)關(guān)頻率高 ,動(dòng)態(tài)損耗較大 ,關(guān)斷過(guò)程中功率管上有時(shí)會(huì)顯現(xiàn)危急的過(guò)電壓 ,造勝利率管的損壞 .產(chǎn)生過(guò)電壓主要有 2 個(gè)緣由 :關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管復(fù)原浪涌電壓 .關(guān)斷浪涌電壓是在關(guān)斷瞬時(shí)因流過(guò) IGBT的電流被切斷而產(chǎn)生的瞬態(tài)高壓 ;而當(dāng)續(xù)流二極管復(fù)原反向阻斷才能時(shí)會(huì)產(chǎn)生與關(guān)斷浪涌電壓相像的浪涌電壓 .如圖 1 所示電路中 ,當(dāng)上橋臂的 IGBT模塊 IGBT1開(kāi)通時(shí) ,流過(guò)感性負(fù)載的電流 IL不

2、斷增加 .當(dāng)該 IGBT關(guān)斷時(shí) ,感性負(fù)載中的電流不行能發(fā)生突變 ,它必然通過(guò)下橋臂 IGBT模塊的續(xù)流二極管VD2流通.假如電路是抱負(fù)的 ,即不存在寄生的雜散電感 ,IGBT1關(guān)斷時(shí)其上的電壓VCE1只會(huì)上升到比母線電壓Ud 高出一個(gè)二極管的壓降值 ,隨后 VD2 導(dǎo)通防止電壓進(jìn)一步增加 . 但在實(shí)際的功率電路中線路上存在有寄生的雜散電感,可以在圖1 所示電路中增加一個(gè)總值為L(zhǎng)S的漏電感以模擬線路雜散電感的影響.當(dāng) IGBT1關(guān)斷時(shí),電感 LS阻擋負(fù)載電流向 VD2切換,在該電感兩端產(chǎn)生阻擋母線電流削減 的電壓 VSVS=LS *dLS/dt, 電壓的極性如圖 1 所示 ,它與直流電源母線電

3、壓相疊加并以浪涌電壓的形式加在IGBT1 的兩端 .在極端情形下 ,該浪涌電壓會(huì)超過(guò)IGBT1的額定值而導(dǎo)致它的損壞 .續(xù)流二極管復(fù)原時(shí)會(huì)產(chǎn)生與關(guān)斷浪涌電壓相似的浪涌電壓 . 2.1 緩沖回路的設(shè)計(jì)線路因雜散電感會(huì)產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌高壓 ,這種浪涌電壓假如不加以抑制 ,可能會(huì)造勝利率開(kāi)關(guān)器件的損壞 .而削減這種浪涌電壓的途徑有 2 種,一是采用層狀母線結(jié)構(gòu) ,降低母線寄生漏電感 ;另一種方法是安裝緩沖電路 .緩沖電路在 IGBT 關(guān)斷時(shí)工作 ,起到供應(yīng)旁路的作用 ,從而達(dá)到抑制尖峰電壓的目的 ,同時(shí)仍可以減小功率器件的開(kāi)關(guān)損耗.由于引起功率電路上產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊電壓的能量正比于 1 /2LSi25.這

4、里的 LS為母線寄生電感 ,i 為主電路工作電流 .在保 證工作電流 i 大小不變的條件下 ,為了降低這種能量 ,就必需削減主電路的寄生電感 .因此選用了具有如下片狀結(jié)構(gòu)的IGBT,如圖 2 所示 .通過(guò)與寬排母線相連,很好地降低了線路電感；電壓的緩沖電路主要有4 種類型 ,如圖 4 所示A 型結(jié)構(gòu)的緩沖回路最簡(jiǎn)潔 ,通過(guò)一個(gè)無(wú)感電容直接連接 C1,E2.這種結(jié)構(gòu)適用于低功率電路的設(shè)計(jì) ,隨著功率的增大 ,A 型結(jié)構(gòu)的緩沖成效將會(huì)變差 ,甚至可能與母線寄生電感產(chǎn)生振蕩.B 型結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)快速?gòu)?fù)原二極管來(lái)捕獲排除沖擊電壓和堵塞振蕩 ,解決了 A 型存在的一些問(wèn)題 .這種緩沖回路中的 RC時(shí)間常數(shù)

5、應(yīng)當(dāng)大致為IGBT開(kāi)關(guān)周期的三分之一 =T /3=1/3f. 這種緩沖回路也會(huì)隨著逆變器功率的增大而無(wú)法有效把握浪涌沖擊電壓 .C 型結(jié)構(gòu)的緩沖回路是在大功率系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種緩沖回路,功能上與 B 型類似 ,但由于它直接連接了上下橋臂IGBT 的集電極和發(fā)射極 ,從而大大降低了回路電感.D型緩沖回來(lái)能有效的把握沖擊電壓、 寄生振蕩和 dv /dt 噪聲問(wèn)題 ,但其本身功率消耗太多而不適用高頻系統(tǒng)應(yīng)用.在設(shè)計(jì)中 ,接受 A 型和 C 型緩沖回路的復(fù)合回路 . 圖 5 是使用 C 型緩沖回路 IGBT關(guān)斷時(shí)的典型電壓波形 .其初始的尖峰電 壓 V1 主要由緩沖回路的寄生電感和緩沖二極管的正向復(fù)

6、原引起的 ,當(dāng)接受 快速型緩沖二極管時(shí) ,對(duì)產(chǎn)生這種尖峰電壓的影響較小 ,主要由回路寄生電感 產(chǎn)生,這樣,可以通過(guò)下面的公式來(lái)運(yùn)算 V1 的幅值 ,即 V1=LS di /dt.1 式中 LS為緩沖回路總的寄生電感 ;di /dt 為 IGBT關(guān)斷時(shí)的電流變化率 . 典型的 IGBT功率電路的 di /dt=0.01 A /ns IC.當(dāng) V1的最大答應(yīng)值被確定后 , 就可以通過(guò)這個(gè)公式來(lái)運(yùn)算緩沖回路的最大答應(yīng)寄生電感值 .裝置設(shè)計(jì)時(shí)允許流過(guò)的電流峰值為400 A, V1 限制為 100 V,由式1得di /dt=0.01 A /ns 400 A=4 A /ns.2 LS= V1 di /dt

7、=100 V 4 A/ns=25nH.從上面的運(yùn)算可以看出 ,大功率的 IGBT電路要求緩沖回路的寄生電感非常小.在工程實(shí)現(xiàn)上可從三個(gè)方面到達(dá)上述要求 . 1選用無(wú)感型電阻、電容和快速?gòu)?fù)原型二極管 . 2緩沖回路盡量靠近 IGBT. 3盡量接受多個(gè)小的電容并聯(lián)構(gòu)成緩沖電容 等效電容的寄生電感要比單個(gè)電容要小得多 . ,由于越小的電容并聯(lián)成的從圖 5 可以看出 ,在初始尖峰電壓 V1 之后仍有一個(gè)較小的峰值電壓V2,這個(gè)電壓的形成主要是由緩沖回路的電容值和 IGBT母線寄生電感產(chǎn)生的 .可以通過(guò)一個(gè)能量守恒的公式來(lái)估算 V2 的大小 ,即2LB i2 = 1/2 C V2 2式中 LB 母線寄生

8、電感 ,i 為工作電流 ,C 為緩沖電容值 .同樣 ,在設(shè)定 V2 的最大答應(yīng)值后 ,可以通過(guò)對(duì)式 4的變化來(lái)運(yùn)算一個(gè)給定功率電路的緩沖電 容值的大小 ,即LB i2 C = V2 2詳細(xì)的相關(guān)參數(shù)的挑選可以參考三菱公司相關(guān)資料說(shuō)明 .通過(guò)以上設(shè)計(jì) 原就和反復(fù)試驗(yàn) ,本裝置緩沖電路選用低電感的聚丙烯無(wú)極電容 1. 37 F 1200 V,無(wú)感泄放電阻 36 /100W,以及與 IPM 相匹配的快速緩沖二極管 1200 V /100 A. 逆變橋緩沖電路應(yīng)用爭(zhēng)辯與軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 探討 _周永明逆變器的緩沖電路 _孫曉婷2.2 緩沖電路圖 2中的緩沖電路最簡(jiǎn)潔 .當(dāng)工作時(shí) ,跨接在緊靠的直流母線兩端的

9、電容 1,可以吸取中儲(chǔ)備的能量 ,使集射極間瞬態(tài)尖峰電壓受到抑制 .這個(gè)電路的缺點(diǎn)是不適用于負(fù)載為并聯(lián)諧振的裝置 .這是由于當(dāng)負(fù)載發(fā)生諧振時(shí) ,電路相當(dāng)于斷路 ,儲(chǔ)備在電容中的電流只能通過(guò) 損壞 . 2.3 緩沖電路 圖 2中的緩沖電路是在的基礎(chǔ)上1 和 2 放電 ,使管子兩端產(chǎn)生過(guò)電壓導(dǎo)致,加接了電阻 1 和二極管 1,吸取電容 1 通過(guò)二極管 1 充電 ,通過(guò) 1 放電 .這種電路在關(guān)斷時(shí) ,抑制瞬態(tài)電壓的成效好 ,抑制開(kāi)通時(shí)的瞬態(tài)電壓的成效稍差 ,但因有 1 的阻尼能排除 1放電造成的電流振蕩 ,使開(kāi)關(guān)時(shí)處于更安靜狀態(tài) .這個(gè)電路的缺點(diǎn)在于疼惜電路的附加元件 即二極管增加了緩沖電感 ,而

10、且這個(gè)電路不能用小電感電容 . 緩沖電路在逆變器中的應(yīng)用 1 RCD緩沖電路原理_張立廣RCD緩沖電路由緩沖電阻R、緩沖電容C、和阻尼二極管VD 組成,所以稱其為RCD緩沖電路, RCD緩沖電路原理如圖1 所示； RCD緩沖電路工作過(guò)程分為兩步：（1）場(chǎng)效應(yīng)管VT 關(guān)斷后,電路中漏感能量通過(guò)阻尼二極管VD對(duì)緩沖電容C充電直到 C 端電壓 Cu=UDS-UVD；（2）場(chǎng)效應(yīng)管VT 導(dǎo)通期間,緩沖電容C 通過(guò)緩沖電阻R 和場(chǎng)效應(yīng)管VT 放電；在此過(guò)程中電路中漏感能量通過(guò)緩沖電阻R 消耗,從而減小了場(chǎng)效應(yīng)管上的消耗；RCD緩沖電路的性能主要取決于緩沖電容 C；當(dāng)緩沖電容 C取值偏小時(shí), UDS上升較

11、快,電路漏感釋放的能量快速對(duì)緩沖電容 C充電,場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷電壓尖峰毛刺較大；當(dāng)緩沖電容 C 取值偏大時(shí), UDS上升很慢, 基本沒(méi)有場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷電壓尖峰毛刺,但此時(shí)將增大 RCD緩沖電路的消耗；當(dāng)緩沖電容C 取值適中時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷電壓尖峰毛刺大小適中得到抑制,此時(shí) RCD緩沖電路的損耗也大小適中；3 RCD緩沖電路參數(shù)運(yùn)算RCD緩沖電路器件參數(shù)可參照功率器件場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)斷電壓特性運(yùn)算；逆變器場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷時(shí)消耗的能量為：RCD 型緩沖吸取電路仿真與試驗(yàn)爭(zhēng)辯 _張小賓三相橋式逆變器關(guān)斷緩沖電路的爭(zhēng)辯 _陳益廣如圖 1 所示 ,Tl 管正常導(dǎo)通工作時(shí)流過(guò)負(fù)載電流I；現(xiàn)將 Tl 管關(guān)斷 ,T,

12、管復(fù)原阻斷才能過(guò)程中,由于續(xù)流二極管 D:有延時(shí)導(dǎo)通時(shí)間 t,、 ,同時(shí)主電路中有電感存在 ,就負(fù)載電流 I 不能突變 ,在 tooN 時(shí)間內(nèi)迫使負(fù)載電流 I 經(jīng) T;管集電極與發(fā)射極間的寄生電容 CcE流通 ,且在功率管上產(chǎn)生關(guān)斷損耗；此時(shí)Tl 管兩端電壓的變化規(guī)律為：C 型緩沖電路用于 真分析 _周慶紅含有 C 型緩沖電路的全橋逆變電路如圖MOSFET逆變電路的仿1 所示 ,其中 udc 為電源電壓 ,Ql 一 Q4 為功率MOSFE T 開(kāi)關(guān)管 ,Dl 一 D4 為反并聯(lián)二極管 ,LP 為主回路寄生電感 ,Cs 為緩沖電容 ,LS為緩沖電路寄生電感 ,Cs和 Ls共同組成緩沖電路部分；可

13、將緩沖電路的工作過(guò)程劃分為兩個(gè)階段 : l 換流階段 :即開(kāi)關(guān)管關(guān)斷推遲階段；此階段 Q 和緩沖電路兩條支路分流；,流過(guò)主回路寄生電感切的電流經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管2緩沖電容 Cs放能階段 :換流階段終止后,開(kāi)關(guān)管完全截至；緩沖電容Cs 通過(guò)負(fù)載和電源放電；緩沖電路Cs參數(shù)運(yùn)算 : B 型緩沖電路用于 分析 _余向陽(yáng)MOSFET逆變器的仿真器件典型關(guān)斷波形如圖2 所示 ,其中 Vd 為電源電壓；可將緩沖電路的工作過(guò)程劃分為3個(gè)階段 : 換流階段 從開(kāi)關(guān)接受關(guān)斷信號(hào)到完全截至；此階段 ,流過(guò)主回路寄生電感 Lp 的母線電流經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管 Q 和緩沖電路 2 條支路分流；在此過(guò)程中顯現(xiàn)第一個(gè)電壓尖峰 V1；V1

14、與母線電流 IL,緩沖電路寄生電感 Ls,關(guān)斷時(shí)電流的 di/dt 有關(guān)；諧振放能階段 換流階段終止后 ,開(kāi)關(guān)完全截至；主回路寄生電感 Lp 與緩沖電容 Cs 諧振,Lp 中的能量通過(guò) Cs 泄放；在此過(guò)程中顯現(xiàn)其次個(gè)電壓尖峰 V2,此尖峰與母線電流IL,主回路寄生電感 Lp,緩沖電容 Cs,緩沖電路寄生電感 Ls有關(guān)；緩沖電容 Cs 放電階段 諧振放能階段終止后 ,電容 Cs通過(guò)電阻 Rs,電源和負(fù)載放電；MOSFET逆變器緩沖電路仿真分析 _孫強(qiáng)75kVA_IGBT_PWM 變頻調(diào)速裝置爭(zhēng)辯 _朱典旭緩沖電路種類許多 ,主要有全部器件緊湊安裝的單獨(dú)緩沖電路及直流母線間整塊安裝緩沖電路兩大類

15、；在大容量變頻調(diào)速裝置中,為簡(jiǎn)化緩沖吸取電路的設(shè)計(jì)并減小布線電感,工程設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能接受整體緩沖電路；7k5VAIGBTPWM變頻調(diào)速裝置中緩沖吸取電路為整體緩沖吸取電路中的無(wú)損耗緩沖吸取電路 ,如圖 4 所示；該吸取電路的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)潔,且由主電路分布電感和緩沖電容構(gòu)成的諧振電路易產(chǎn)生電壓振蕩；實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量減小分布電感；大容量 IGBT逆變器的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)電壓抑制 _張宗桐降低母線分布電感的方法在功率回路設(shè)計(jì)中 ,器件固有的外形尺寸以及電動(dòng)力與熱穩(wěn)固的要求 ,往往與削減分布電感相沖突；一種適合在大電流下工作的低電感母線結(jié)構(gòu)與通常的母線區(qū)分在于 : 1接受疊層式母線將電流反向的母線 如電容器的

16、 P、N 母線和逆變橋的正負(fù)母線 相疊 ,并盡可能靠近 ,中間用絕緣材料墊開(kāi)如圖 2a所示；從電磁學(xué)原理可知 ,當(dāng)上下導(dǎo)電母線的外形、面積相近 ,就二者所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相互抵消 ,理論上這時(shí)的母線電感為零；對(duì)于逆變橋 ,考慮到一側(cè)的輸出母線會(huì)影響鄰近的 P、N 母線的磁通平穩(wěn) ,引起電感量增大 ,這時(shí)將輸出母線于 P、 N 母線中間 如圖 2b所示 ,P、N 母線的磁道又復(fù)原平穩(wěn)；上述方法在55kw 以上 IGBT逆變器中得到廣泛接受,如圖 3 所示為 ABB6 刀系列 75kw 的母線結(jié)構(gòu) ,其中圖 3a為電容器 P、N 母線的結(jié)構(gòu) ,圖 3b為整流橋與逆變橋之間的母線結(jié)構(gòu)；為了縮短電容器與逆

17、變橋之間的連線 ,以獲得最小分布電感的成效 ,另一種結(jié)構(gòu)是將電容器組與逆變器用母線作緊湊型連接 ,此結(jié)構(gòu)見(jiàn)于 SANKENL系列 55kw 以上機(jī)型 ,如圖4 所示；其它結(jié)構(gòu)限于篇幅 ,不一一例舉；2增大母線寬 / 長(zhǎng)比縮小母線長(zhǎng)度當(dāng)然能減小母線電感,而在許多情形下,有意將母線展寬,對(duì)減小母線電感也有顯著成效；這是由于展寬母線實(shí)際上等于縮小了母線的有效長(zhǎng)度的緣故；當(dāng)母線寬度b母線厚度d 及氣隙占 ,母線電感為從公式 2可知 ,間隙的減小有助于電感的減小；綜上所述 ,就不難懂得為什么在大電流場(chǎng)合,通常都接受板狀母線,而不使用圓導(dǎo)線；3正確的引線位置在中意 1、2式的同時(shí) ,母線引出線位置的確定也

18、特殊重要；引出線位置的確定依據(jù)是保證電流在母線內(nèi)能保持均衡 ,可以想象 ,當(dāng)上下層母線內(nèi)部電流是不均衡時(shí) ,換句話說(shuō) ,即在對(duì)應(yīng)的位置所流過(guò)的電流是不相等時(shí) 盡管各自流過(guò)方向相反的電流 ,即使母線的大小和面積相仿 ,母線的電感也不行能減小到最小 ,得不到預(yù)期的成效；因此 ,在許多情形下,引出線都設(shè)計(jì)在母線的同一側(cè) ,但考慮到接拆線的便利 ,上下引出線不得不適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)位置 ,無(wú)法做到完全重合；針對(duì)大容量 IGBT 功率電路的特點(diǎn) ,通常對(duì)稱型的 CRD 緩沖電路 如圖 5 所示 已不適用 ,而較多接受圖 6 所示的緩沖電路；假如說(shuō)圖 5 的緩沖電路主要用來(lái)限制電壓的上升率du/dt 的話 ,就圖

19、6 的電路主要用來(lái)限制過(guò)電壓；比較圖 5、圖 6 電路可知 ,其電路的主要區(qū)分是 : 1緩沖電容 C在 IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程中不發(fā)生完全充放電；電的過(guò)渡過(guò)程 ,工作過(guò)程較為簡(jiǎn)潔；在電路正常工作時(shí)因此 ,就不存在電容的全電壓放 ,緩沖電容 C的端電壓愛(ài)護(hù)在直流電源電壓 ,只有當(dāng) IGBT關(guān)斷瞬時(shí)因母線分布電感引起過(guò)電壓時(shí) ,C才經(jīng)過(guò)電源、 電阻放電；當(dāng)電容電壓等于直流側(cè)電壓時(shí) ,放電過(guò)程便終止 ,因此電壓過(guò)沖??；2緩沖電容 C可以選取得較大 ,以便吸取更為有效；3C充放電回路不經(jīng)過(guò) IGBT開(kāi)關(guān)管 ,上組開(kāi)關(guān)管 Tl 與下組開(kāi)關(guān)管毛之間的連接母線的電感影響相對(duì)較小 ,這對(duì)于大容量 IGBT的安全工

20、作顯得特殊重要；電容模塊在緩沖電路中的應(yīng)用 _舒正國(guó)也可以使用體會(huì)估算的方法來(lái)確定電容值 ,通常每 100A 集電極電流約取 1 F 緩沖電容值；這樣得到的值 ,也能較好的把握瞬態(tài)電壓；無(wú)源無(wú)損緩沖器的設(shè)計(jì)與分析 _高燕逆變電源緩沖電路與隔直電容的參數(shù)計(jì)算_陳長(zhǎng)江1. 1 緩沖電路的作用RC緩沖電路并聯(lián)在 IGBT兩端；其作用包括抑制過(guò)電壓、減小開(kāi)關(guān)損耗、限制電壓上升速率以及排除電磁干擾等幾個(gè)方面 2；1抑制過(guò)電壓IGBT 關(guān)斷時(shí) ,線路電感會(huì)產(chǎn)生與直流電壓同向的感應(yīng)電壓 L diL/dt, 當(dāng)沒(méi)有緩沖電路時(shí) ,由于 diL/dt 很大 ,使 IGBT的 C、E 極之間形成很高的過(guò)電壓；當(dāng)過(guò)電

21、壓大于 IGBT所能承受的極限電壓時(shí) ,會(huì)損壞器件；所以 ,為了使 IGBT 牢靠工作 ,必需為電感中的貯能供應(yīng)一條釋放回路 ,以大幅度降低關(guān)斷瞬時(shí)電感的電流變化率 ,防止因過(guò)電壓損壞 IGBT；2減小功率開(kāi)關(guān)管損耗IGBT關(guān)斷時(shí) ,IGBT的功率損耗取決于集電極與發(fā)射極之間的電壓以及流過(guò)管子的電流瞬時(shí)值 ,兩者乘積的積分值越小越好；使用緩沖電路可以轉(zhuǎn)變IGBT關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形 ,從而減小IGBT 的功率損耗；由圖2 可知 ,當(dāng)無(wú)緩沖電路時(shí),電壓 VCE瞬時(shí)升至最大值 ,而此時(shí) IGBT的電流 IC也是最大值 ,這種情形下功率損耗最莊重；接受 RC 緩沖電路后 ,VCE將逐步上升 ,從而防止 所以 ,緩沖電路可以減小 IGBT的關(guān)斷損耗；3限制電壓上升率IC 和 VCE同時(shí)達(dá)到最大值的不利情形；過(guò)大的電壓上升率 duCE/dt 會(huì)在 IGBT的 PN結(jié)中形成很大的位移電流 ,它可能誤使 IGBT內(nèi)部寄生晶閘管開(kāi)通 ,導(dǎo)致柵極失去把握作用 ,這就是所謂的動(dòng)態(tài)擎住現(xiàn)象；IGBT兩端并聯(lián)的 RC緩沖電路能夠限制 duCE/dt 的大小 ,有效地解決 IGBT的動(dòng)態(tài)擎住問(wèn)題；4排除電磁干擾在設(shè)備調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)無(wú)緩沖電路時(shí),IGBT 管兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩,造成電磁干擾；接受緩沖電路即可抑制1. 2 緩沖電路的參數(shù)運(yùn)算VCE的