缓冲电路的设计缓冲电路的设计.docVIP

基于IGBT逆变桥缓冲电路的设计 对于不同的电力电子器件，缓冲电路的功能有所不同。IGBT的缓冲电路有其自身特点 IGBT的安全工作区范围较大2、一般应用中，IGBT的工作频率IGBT或自身放电，可对于高另外，在大容量的应用IGBT的工作频率经常高达20-50kHz，即使大容量应用一般也在5kHz，因此Ldi/dt，从而产生过电压危及IGBT的安全，故IGBT的缓冲电路的功能更侧重于开关过程中过电压的吸收和抑制IGBT逆变桥无源无损缓冲电路的提出 .1传统的IGBT逆变桥RCD缓冲电路 图是用于IGBT逆变桥的几种常用的缓冲电路。图a)是最简单的单电容电路，适用于小容量的IGBT模块，对于抑制瞬变电压非常有效且成本较低。由于电路中无阻尼元件，随功率增大，易与线路杂散电感产生LC震荡，故应选择无感电容或串入电阻。 图b)是一个单元RCD缓冲电路，由于其中的快恢复二极管可钳位瞬变电压，从而可抑制谐振的发生。但随着功率等级的进一步加大，这种电路的回路寄生电感会变得很大，以至不能有效控制du/dt，因此，一般用于小容量IGBT逆变桥。 图c)是钳位式RCD缓冲电路，是实际应用较多的缓冲电路。该电路将电容上过冲能量部分送回电源，因此损耗较小，被认为是适合大功率IGBT的缓冲电路。 图三种常用的IGB冲电路 在上述RCD缓冲电路中，由于使用电阻来为缓冲电容提供放电通路，消耗了部分能量，降低了电路的效率。 l.一般逆变桥无损缓冲电路的研究 为了减少缓冲电路带来的额外能量损耗，国内外许多专家学者都在研究适用于逆变桥的无损缓冲电路。分析已有的各种无损缓冲电路，可以得出以下两点需要有缓冲吸收元件，用来控制开关器件的瞬变电流和瞬变电压，实现开关的零电流开通和零电压关断，故一般都串联一个开通缓冲电感L和并联一个关断缓冲电容 需要有缓冲吸收元件无损释放所吸收能量的辅助电路，或是转移其吸收的能量的其他储能元件及其无损回馈电能的辅助电路。 由于辅助电路元件的组合可以千变万化，而人们也在研究桥臂开关共用缓冲电感或者缓冲电容的方法，以减少元件数目、简化电路结构，因此缓冲电路的形式可以有很多变化。 尽管缓冲电路的具体电路构成可以有许多变化和不同，但所有适用于逆变桥的无源无损缓冲电路是有一些共性和特点的，可以利用这些特点组合出一种甚至多种不同拓扑的无源无损缓冲电路。 .3 IGBT逆变桥无源无损缓冲电路的提出 首先，IGBT作为一个经常用在开关频率5kHz-20kHz、大容量应用的开关器件，可以先不考虑开通缓冲电路，只考虑关断过电压及二极管反向恢复过电压的抑制。 其次，关断缓冲电容Cs的布置。图c)RCD缓冲电路是种对称结构。从工程应用方面考虑，工业上有专为IGBT生产的缓冲电容模块，甚至有图c)中的RCD缓冲电路集成模块，故采用后一种布置更能适应模块化的发展趋势，更容易大规模地应用到实际电路中去。因此，本文中也采用这种拓扑布置缓冲电容。 图2 钳位式无源无损缓冲电路的提出 第三，缓冲电容中能量的转移和回馈。分析已有的无损缓冲电路，电容能量的恢复大多需要电感作为能量转移的中间环节，结合图c)RCD缓冲电路中电容能量的转移路径，考虑用电感元件L替代RCD电路中的电阻元件，并且为了避免振荡，串联一个导流二极管。电路如图3.2a)所示。 最后，考虑到在上述缓冲电路工作的过程中，当IGBT开通时，对管缓冲电容充电和对管放电电感L的影响，增加了开通缓冲电感Ls，布置位置按照电路的要求串联在两个开关之间的主电路中。 至此，提出了本文的钳位式IGBT逆变桥无源无损缓冲电路，具体见图2b). 本文逆变桥无源无损缓冲电路的理论分析 2工作状态分析 本文缓冲电路的特点在于缓冲电容与辅助放电电感及导流二极管串联，交叉接至直流电源，可以看出，Cs，和Cs2的电压将不低于电源电压Ud。缓冲电容吸收的能量通过一个小电感释放，即限制了放电冲击，又不消耗能量，而且，小电感中的能量有多个路径可以返回到电源和负载。 理论分析以及电路图中使用的符号说明如下Ud：直流电源电压 Iload()：负载等效电流源 TT2：上下桥臂开关管 DD2：桥臂开关反并二极管 UcelIcl：T1两端电压、T电流 CslDsl：缓冲电容、对应的缓冲电容辅助二极管 Ll：开通缓冲电感 LrlDrl：放电辅助电感和对应的辅助导流二极管 在下面的分析中，有一些假定l)所有元件具有理想特性2)负载为较强感性负载3)直流电源电压恒定4)考虑到实际应用中一般都会设死区时间，分析中按有死区考虑。 以下对无源无损缓冲电路在感性负载下的工作状况作了理论分析，图3画出了电路中以T为主的相关各电量的波形(T2的工作过程与此类似)，可以把波形分为几个时段进行分析，图中主要按死区时间划分了时段。图4是电路在各个时段的等效电路。 l0到t时段T1稳