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1、第27卷第4期电力科学与工程Vol27,No4232011年4月ElectricPowerScienceandEngineeringApr.,2011IGBT过电压产生机理分析及RC缓冲电路的设计姜栋栋,王烨,卢峰(华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003)摘要:由于IGBT经常工作于高频状态,因此对其关断过电压的抑制就显得尤为重要。对IGBT关断过电压的产生机理进行了分析,对常用的3种缓冲电路进行简单介绍,并且重点对RC缓冲电路的工作原理及参数确定进行了理论分析。搭建了用于测试IGBT动态特性的电路
2、模型,并通过Multisim对RC缓冲电路进行了仿真与分析,验证了RC缓冲电路的吸收特性。关键词:RC;缓冲电路;IGBT;浪涌电压中图分类号:TM921文献标识码:A电压和续流二极管恢复浪涌电压的存在,会影响0引言IGBT的正常工作,如开关损耗加大、IGBT工作温度过高,甚至会造成IGBT损坏。为提高IGBTIGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),绝工作可靠性,较常用的方法是采用特定的吸收缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)电路。和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合
3、全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高1IGBT过电压产生机理分析输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。11关断浪涌电压分析GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;IGBT的局部工作电路如图1所示。MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统,如交流电机、逆变器、变频器、开关电源、牵引传动等领[1]域。现实中IGBT常用于逆变器等开关频率很高的场合,如有源逆变系统,高频升
4、压斩波电路,IGBT在这些电路中的开关频率一般会达到几kHz甚至更高,在如此高的工作频率下,IGBT的开通图1IGBT的局部工作电路和关断很频繁,导通和关断时间很短。由于电路Fig.1LocaloperatingcircuitofIGBT在布置时不可能做到理想状态,因此电路中会存当IGBT关断时,电路工作频率很高,杂散电在杂散电感,在工作频率较低时,杂散电感一般感将产生很大的影响,又因突变时间极短,因此没有影响,但是在几kHz频率下,杂散电感对整便会产生很高的di/dt。由于电感具有不能使电流个电路的稳定运行将产生很大影
5、响,IGBT在关发生突变的作用,电路总电感便会阻挡集电极电断瞬间会产生很大的浪涌电压,并且,与IGBT流发生突变,这样,总电感将会产生很高的电感反并联的续流二极管反向恢复时两端电压会很电压,并且其电压方向与直流电源电压方向相反,高,产生与浪涌电压类似的浪涌电压。关断浪涌两者这时相当于串联一起加在IGBT上,因此,其收稿日期:2010-12-10。作者简介:姜栋栋(1986),男,硕士研究生,研究方向为电力电子技术和电气拖动及自动化,Emai:lugv007@163.com。24电力科学与工程2011年尖峰电压值为
6、Ucep=Uce+Ldi/dt(1)式中:Ucep为集射极间的尖峰电压,V;Uce为直流电压,V;L为主电路和引线电路电感(包括杂散电感)之和,H;di/dt为IGBT集电极电流变化速率,A/s;12续流二极管产生的过电压分析为了更好地保护好IGBT管,在电路搭建时经常给IGBT反并联一个二极管(续流二极管),续流二极管反向恢复时也会产生过电压(浪涌电压),当IGBT导通时,二极管的电流迅速减小到零而趋向关断,其反向恢复过程使这个电流继续减小到负最大值,在这个电流再次快速恢复到零的过程中,会产生相当大的di/dt,
7、进而会在母线寄生电感上感应出相当大的感应电压以阻止该电流的减小,这个电压和直流电压叠加起来,对IGBT的耐压能力将形成相当大的威胁。2吸收电路的分类与作用机理于小功率等级的IGBT。21吸收电路图2(b)所示电路为RC型吸收电路,此电路电力电子器件通常面临的工作状况是对高电的优点就是结构简单,它是现在工程实践中用的压、大电流进行快速切换。由于器件、电路的非最多的吸收电路的类型,但是它的缺点就是易造理想特性,其电路和元件里常有寄生电容和杂散成过冲电压,并且在使用大容量IGBT时,会引起电感,使电力电子器件的开关过程偏离
8、理想状况,集电极电流升高,因此必须增大电阻R,这样会有时会造成器件的损坏,因此,缓冲电路的设计使IGBT功能受到一定限制。适用于斩波电路和小是相当必要的。容量、低频率装置。吸收电路(Snubbercircuit)又称缓冲电路,图2(c)所示电路为RCD型吸收电路,此电是一种开关辅助电路,很
