缓冲电路笔记

1、文档编码 : CW7U9X10V6O10 HH4U2X5Q7O7 ZF9A2C2P9B6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 调制把握中 ,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 .关断浪涌电压是在关断瞬时因流过 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

2、断增加 .当该 IGBT关断时 ,感性负载中的电流不行能发生突变 ,它必然通过下桥臂 IGBT模块的续流二极管VD2流通.假如电路是抱负的 ,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 VSVS=LS *dLS/dt, 电压的极性如图 1 所示 ,它与直流电源母线电

3、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似的浪涌电压 . 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 /2LSi25.这

4、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

5、应当大致为IGBT开关周期的三分之一 =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把握浪涌冲击电压 .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把握冲击电压、 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 ,接受 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 V1 主要由缓冲回路的寄生电感和缓冲二极管的正向复

6、原引起的 ,当接受 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 V1 的幅值 ,即 V1=LS di /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 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 .装置设计时允许流过的电流峰值为400 A, V1 限制为 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.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、电容和快速复原型二极管 . 2缓冲回路尽量靠近 IGBT. 3尽量接受多个小的电容并联构成缓冲电容 等效电容的寄生电感要比单个电容要小得多 . ,由于越小的电容并联成的从图 5 可以看出 ,在初始尖峰电压 V1 之后仍有一个较小的峰值电压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 V2 的大小 ,即2LB i2 = 1/2 C V2 2式中 LB 母线寄生

8、电感 ,i 为工作电流 ,C 为缓冲电容值 .同样 ,在设定 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 i2 C = V2 2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. 37 F 1200 V,无感泄放电阻 36 /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争辩与软开关技术 探讨 _周永明逆变器的缓冲电路 _孙晓婷2.2 缓冲电路图 2中的缓冲电路最简洁 .当工作时 ,跨接在紧靠的直流母线两端的

9、电容 1,可以吸取中储备的能量 ,使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 .这是由于当负载发生谐振时 ,电路相当于断路 ,储备在电容中的电流只能通过 损坏 . 2.3 缓冲电路 图 2中的缓冲电路是在的基础上1 和 2 放电 ,使管子两端产生过电压导致,加接了电阻 1 和二极管 1,吸取电容 1 通过二极管 1 充电 ,通过 1 放电 .这种电路在关断时 ,抑制瞬态电压的成效好 ,抑制开通时的瞬态电压的成效稍差 ,但因有 1 的阻尼能排除 1放电造成的电流振荡 ,使开关时处于更安静状态 .这个电路的缺点在于疼惜电路的附加元件 即二极管增加了缓冲电感 ,而

10、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 1 RCD缓冲电路原理_张立广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

11、快,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缓冲电路参数运算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运算；逆变器场效应管关断时消耗的能量为：RCD 型缓冲吸取电路仿真与试验争辩 _张小宾三相桥式逆变器关断缓冲电路的争辩 _陈益广如图 1 所示 ,Tl 管正常导通工作时流过负载电流I；现将 Tl 管关断 ,T,

12、管复原阻断才能过程中,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 ,就负载电流 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Tl 管两端电压的变化规律为：C 型缓冲电路用于 真分析 _周庆红含有 C 型缓冲电路的全桥逆变电路如图MOSFET逆变电路的仿1 所示 ,其中 udc 为电源电压 ,Ql 一 Q4 为功率MOSFE T 开关管 ,Dl 一 D4 为反并联二极管 ,LP 为主回路寄生电感 ,Cs 为缓冲电容 ,LS为缓冲电路寄生电感 ,Cs和 Ls共同组成缓冲电路部分；可

13、将缓冲电路的工作过程划分为两个阶段 : l 换流阶段 :即开关管关断推迟阶段；此阶段 Q 和缓冲电路两条支路分流；,流过主回路寄生电感切的电流经过开关管2缓冲电容 Cs放能阶段 :换流阶段终止后,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参数运算 : B 型缓冲电路用于 分析 _余向阳MOSFET逆变器的仿真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；在此过程中显现第一个电压尖峰 V1；V1

14、与母线电流 IL,缓冲电路寄生电感 Ls,关断时电流的 di/dt 有关；谐振放能阶段 换流阶段终止后 ,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；在此过程中显现其次个电压尖峰 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 谐振放能阶段终止后 ,电容 Cs通过电阻 Rs,电源和负载放电；MOSFET逆变器缓冲电路仿真分析 _孙强75kVA_IGBT_PWM 变频调速装置争辩 _朱典旭缓冲电路种类许多 ,主要有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路及直流母线间整块安装缓冲电路两大类

15、；在大容量变频调速装置中,为简化缓冲吸取电路的设计并减小布线电感,工程设计上应尽可能接受整体缓冲电路；7k5VAIGBTPWM变频调速装置中缓冲吸取电路为整体缓冲吸取电路中的无损耗缓冲吸取电路 ,如图 4 所示；该吸取电路的特点是电路简洁,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固的要求 ,往往与削减分布电感相冲突；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分在于 : 1接受叠层式母线将电流反向的母线 如电容器的

16、 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 2a所示；从电磁学原理可知 ,当上下导电母线的外形、面积相近 ,就二者所产生的磁场将相互抵消 ,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 母线的磁通平稳 ,引起电感量增大 ,这时将输出母线于 P、 N 母线中间 如图 2b所示 ,P、N 母线的磁道又复原平稳；上述方法在55kw 以上 IGBT逆变器中得到广泛接受,如图 3 所示为 ABB6 刀系列 75kw 的母线结构 ,其中图 3a为电容器 P、N 母线的结构 ,图 3b为整流桥与逆变桥之间的母线结构；为了缩短电容器与逆

17、变桥之间的连线 ,以获得最小分布电感的成效 ,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；2增大母线宽 / 长比缩小母线长度当然能减小母线电感,而在许多情形下,有意将母线展宽,对减小母线电感也有显著成效；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 ,就不难懂得为什么在大电流场合,通常都接受板状母线,而不使用圆导线；3正确的引线位置在中意 1、2式的同时 ,母线引出线位置的确定也

18、特殊重要；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 ,母线的电感也不行能减小到最小 ,得不到预期的成效；因此 ,在许多情形下,引出线都设计在母线的同一侧 ,但考虑到接拆线的便利 ,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 ,而较多接受图 6 所示的缓冲电路；假如说图 5 的缓冲电路主要用来限制电压的上升率du/dt 的话 ,就图

19、6 的电路主要用来限制过电压；比较图 5、图 6 电路可知 ,其电路的主要区分是 : 1缓冲电容 C在 IGBT的开关过程中不发生完全充放电；电的过渡过程 ,工作过程较为简洁；在电路正常工作时因此 ,就不存在电容的全电压放 ,缓冲电容 C的端电压爱护在直流电源电压 ,只有当 IGBT关断瞬时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 ,放电过程便终止 ,因此电压过冲小；2缓冲电容 C可以选取得较大 ,以便吸取更为有效；3C充放电回路不经过 IGBT开关管 ,上组开关管 Tl 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

20、作显得特殊重要；电容模块在缓冲电路中的应用 _舒正国也可以使用体会估算的方法来确定电容值 ,通常每 100A 集电极电流约取 1 F 缓冲电容值；这样得到的值 ,也能较好的把握瞬态电压；无源无损缓冲器的设计与分析 _高燕逆变电源缓冲电路与隔直电容的参数计算_陈长江1. 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排除电磁干扰等几个方面 2；1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 L 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

21、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 牢靠工作 ,必需为电感中的贮能供应一条释放回路 ,以大幅度降低关断瞬时电感的电流变化率 ,防止因过电压损坏 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 ,两者乘积的积分值越小越好；使用缓冲电路可以转变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瞬时升至最大值 ,而此时 IGBT的电流 IC也是最大值 ,这种情形下功率损耗最庄重；接受 RC 缓冲电路后 ,VCE将逐步上升 ,从而防止 所以 ,缓冲电路可以减小 IGBT的关断损耗；3限制电压上升率IC 和 VCE同时达到最大值的不利情形；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 ,导致栅极失去把握作用 ,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 ,有效地解决 IGBT的动态擎住问题；4排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；接受缓冲电路即可抑制1. 2 缓冲电路的参数运算VCE的