电力电子技术-功率晶体管的缓冲电路

1、1第十章第十章 功率晶体管的缓冲电路功率晶体管的缓冲电路2第十章第十章 功率晶体管的缓冲电路功率晶体管的缓冲电路 “缓冲缓冲”的含义的含义 为什么要为什么要“缓冲缓冲” “缓冲缓冲”的原理的原理 “缓冲缓冲”的方法（实现电路）的方法（实现电路） 负面作用负面作用3 影响电力电子器件影响电力电子器件/ /装置可靠性的因素装置可靠性的因素 热应力热应力- -损耗损耗 导通损耗导通损耗 开开/ /关损耗关损耗 电压尖峰电压尖峰 电应力电应力 电流尖峰电流尖峰 di/dt,du/dt ( (开关瞬间开关瞬间) ) 第一节第一节 概述概述4 缓冲电路的作用缓冲电路的作用 改善改善开开/ /关过程关过程电

2、压电流变化曲线电压电流变化曲线, , 开通开通/ /关断损耗关断损耗从而改善从而改善开关管开关管 的的 di/dt,du/dt 电流电流/ /电压尖锋电压尖锋提高变换器的可靠性提高变换器的可靠性第一节第一节 概述概述5理想开关波形和理想开关负载线理想开关波形和理想开关负载线开通过程开通过程uce ict0icuce0EcIc关断过程关断过程ic uce t0uce0EcIcic第一节第一节 概述概述6缓冲电路分析例子：缓冲电路分析例子：BuckBuck变换器变换器第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路7第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓

3、冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路一、工作波形分析一、工作波形分析开通过程开通过程关断过程关断过程开通开通/关断负载线关断负载线问题问题ie+iD=iL=ILIL图图10-581. 开通过程开通过程Uiuceie, iD 0t1 t2 t3 t4ie+iD=iLQ开始导通开始导通,ie上升上升、iD下降下降iD反向恢复后关断反向恢复后关断图图10-5第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路92. 关断过程关断过程Uiuceie, iD 0t5 t6 t7 t8ie+iD=iL存储时间存储时间:Q仍仍饱和导通饱和导通Q退饱和退饱和, ie开始

4、下降开始下降图图10-5D导通导通, uceUi ； id上升、上升、ie下降下降第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路10uceie 0t1 t2 t3 t41. 开通过程开通过程第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路112. 关断过程关断过程uceie, 0第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路123 开通开通/关断负载线关断负载线开通开通- A-B-C 关断关断- D-E-A都经过过损耗区都经过过损耗区C-D段？段？ 第三节第三节 电感电流连续时

5、功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路13二、关断负载线整形及其参数选择二、关断负载线整形及其参数选择 电路：电路：第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路14原理：原理： 1) Q导通期间导通期间uce0，故，故uC10 2) Q关断时，关断时，C1使使 uce 缓慢上升缓慢上升 3) Q再次导通时再次导通时,C1通过通过R1、Q放电至放电至uce0ILIL- +IL- +Q： on on off off on第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路15uceie 0P=iuce无

6、关断缓冲无关断缓冲有关断缓冲有关断缓冲关断缓冲波形：关断缓冲波形：Ui第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路16参数设计参数设计: C1，R11. C1假设：假设：Q的的ic在其下降时间在其下降时间tf 内是线性的内是线性的 C1大大 uce上升慢上升慢,ic下降到下降到0时时,uce尚未升到尚未升到Ui C1小小 uce上升快上升快, ic下降到下降到0之前之前,uce已经升至已经升至Ui -分别分析分别分析IL- +第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路17(1) “正常电容正常电容”缓冲电路缓

7、冲电路IL- +fLtfLLLteLcttcIdtttIIIcdtiIcu2)(1)(12101011当t=tf,uc1=UifiLtUIC21Q的关断损耗（的关断损耗（10-8）fiLtfecegtUIdtiuW120Q开通时开通时R1的损耗（的损耗（10-9）fiLrtUIW4总损耗（总损耗（Ws=Wg+Wr）第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路18(2) “大电容大电容”缓冲电路缓冲电路(3) “小电容小电容”缓冲电路缓冲电路自行分析自行分析a=TM/Tf（电容充电时间与晶体管电流下降时间之比） 式10-10下第三节第三节 电感电流连续时

8、功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路19分析结果汇总 a=TM/Tf（电容充电时间与晶体管电流下降时间之比）=0.351.0C=(0.121.0)Cn20IL- +分析结果汇总：表分析结果汇总：表10-1, 图图 10-11参数设计：参数设计：从从”损耗最小损耗最小”角度考虑角度考虑: 选择电容选择电容C1 : (10-21)从从”Q导通期间导通期间C1 电荷放完电荷放完”考虑考虑: 选择电容选择电容R1 : (10-22)C1=(0.12-1)Cn4R1C1 TONMIN第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路fiLntUI

9、C221三、开通负载线整形电路三、开通负载线整形电路与与”关断缓冲关断缓冲”对偶：目的限制对偶：目的限制dic /dt 电路电路 原理原理1) dic /dt限制限制; 2)L2储能释放储能释放第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路IL- +223.3.开通负载线整形电路开通负载线整形电路_ _bQ2R2D2LL+UiDCRLUo+ +_ _23第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路开通与关断复合缓冲网络：开通与关断复合缓冲网络：工作原理：工作原理：1)Q On期间期间2)Q on-off3)Q o

10、ff期间期间4)Q off-onIL- +_ _bQ2R2D2LL+UiDCRLUo+ +_ _24b1R1C1DQDCRL_Uo+ +_ _Ui+L_ _bQ2R2D2LL+UiDCRLUo+ +_ _)2810(212fCUPiOF)2910(212fLIPLON第三节第三节 电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路电感电流连续时功率管负载线和缓冲电路25 “无损缓冲无损缓冲”的含义的含义一、关断缓冲电路一、关断缓冲电路图图1014第四节第四节 无损缓冲电路无损缓冲电路26原理原理：1）Q关断、关断、D续流期间：续流期间：uC1uC20，iL102）Q导通后，导通后，C1、C2通过通过L1谐振

11、充电，至谐振充电，至uC1uC2=Ui并保持并保持3）Q再次关断时，再次关断时，C1、C2分别通过分别通过D2、D1放电，放电， uceUiuC1，从，从0开始缓慢上升开始缓慢上升UiUi2） 3）无损关断缓冲电路无损关断缓冲电路27Q导通后导通后C1、C2通过通过L1谐振充电，至谐振充电，至uC1uC2=Ui并保持并保持uc1Ui0无损关断缓冲电路无损关断缓冲电路28无损关断缓冲电路无损关断缓冲电路设计计算设计计算C1+C2与RCD吸收电路的C作用相同C1=C2=Cn/2C1、C2 通过L谐振充电，在最小导通时间内，C1与C2应充满电2/CLT11onmin29思考题思考题 （4 4）UiDLCRL+_Uo+_Q1C1D1R图4所示电路中R1、C1、D1组成的缓冲网络能否正常工作? 如不能，请在图中更正；忽略二极管D的压降，当Q由关断变为导通、电流由0逐渐增加且小于电感电流的阶段，Q管CE间电压为多少？30 Pg239， 10231习题习题10-2：说明图106(b)电路中缓冲电路工作原理。在关断前：Q稳态导通，D截止