有源箝位技术在低压大功率变频器中的应用.pdf

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1、·104·煤矿机电2013年第2期有源箝位技术在低压大功率变频器中的应用张福贵，徐占军，孟苗苗(焦作华飞电子电器股份有限公司，河南焦作454000)摘要：变频器在工作过程中，电路中因杂散电感与负载电感的作用，使晶闸管(IGBT)在关断大电流时将在其C、e两端产生很高的浪涌尖峰电压，一旦尖峰电压高于IGBT的耐压限制时，便会造成IGBT击穿损坏。为有效保护IGBT，介绍一种采用有源箝位技术抑制IGBT关断瞬间电压尖峰的方法。通过相关实验，验证了该方法的可行、有效性，并在现场得到了成功的应用。关键词：晶闸管(IGBT)；有源箝位技术；变频器；应用中图分类号：TN773文献标

2、识码：B文章编号：1001—0874(2013)02—0104—03ApplicationofActiveClampTechniqueinLowVoltageHighPowerConverterZhangFugui，XuZhanjun，MengMiaomiao(JiaozuoHuafeiElectronicApplianceCo．，Ltd．，Jiaozuo454000，China)Abstract：Duringthefrequencyconverterworkprocess，theinsulatedgatebipolartransistor(IGBT)generates

3、highsurgevoltageatitsbothendsofC，ewhencutofflargecurrentduetothestrayinductanceandloadinductanceincircuit．OncethepeakvoltageishigherthatvoltagelimitofIGBT，itwillcausedamagetoIGBT．InordertoeffectivelyprotectIGBT，introducesanactiveclamptechniquetosuppressIGBTcut-offtransientvoltagespikes．T

4、herelatedexperimentprovesthefeasibilityandeffectivenessofthismethodandsuccessfullyappliedinthefield．Keywords：insulatedgatebipolartransistor(IGBT)；activeclamptechnique；convener；application0引言IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)名为绝缘栅双极型晶体管，一般称为晶闸管，它是一种由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动

5、式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输人阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。MOSFET驱动功率小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小，而GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大。利用驱动功率小而饱和压降低的优点，在变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等变流系统中得到了广泛的应用。焦作华飞电子电器公司成功研制功率等级在315kW以上的低压变频器，在不同现场得到了广泛应用。该低压变频器通常采用大功率IGBT模块，由于直流回路的杂散电感和负载电流的影响，给IGBT模块的驱动与尖峰过压保护带来很大困难。在变频器设计中，通常采用无源C、RC、RCD等缓冲吸收电路来吸收

6、关断IGBT时的尖峰电压，但这种缓冲电路体积较大，吸收尖峰电压时损耗很大，吸收效果不理想，尤其在IGBT发生短路时已经无法满足要求。为解决大功率IGBT模块的驱动和过压保护，经研究采用了一种有源箝位的方法，通过相关实验验证，该方法能很好抑制IGBT关断时产生的尖峰电压，解决了IGBT关断时发生短路尖峰过电压损坏IGBT的问题。1IGBT关断时尖峰电压产生的原理在变频器的主回路中存在很多的寄生电感，如图1所示，当IGBT在关断时，集电极电流急剧变化时会在杂散电感上感应很高的电压。2013年第2期煤矿机电·105·图1变频器主回路图设开关管Tl关断时，其集电极电流为i，主回

7、路总杂散电感为￡。。则在主回路杂散电感￡。，上感应出的电压K，。幽。为：‰灿。。一⋯×面di(1)式中：祟——集电极电流变化率。T1集电极与发射极间承受的电压为：V，=V。。。h0。+F，(2)式中：H——直流母线电压。由式(2)可见，在IGBT关断瞬间，T1集电极与发射极间承受的电压已经超过直流母线电压，尤其当主回路发生短路时，集电极电流变化率更大，使K。电压大大超过了IGBT的额定工作电压，导致IG—BT损坏。2有源箝位电路的工作原理晶闸管(IGBT)是一种电压型全控器件，它通过控制门极电压U，来控制IGBT的开通和关断。有源箝位就是