衡水涌泉機(jī)械科技有限公司

1、 緩沖電路的作用與基本類型電力電子器件的緩沖電路(snubber circuit)又稱吸收電路，它是電力電子器件的一種重要的保護(hù)電路，不僅用于半控型器件的保護(hù)，而且在全控型器件(如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等)的應(yīng)用技術(shù)中起著重要的作用。晶閘管開(kāi)通時(shí)，為了防止過(guò)大的電流上升率而燒壞器件，往往在主電路中串入一個(gè)扼流電感，以限制過(guò)大的di/dt，串聯(lián)電感及其配件組成了開(kāi)通緩沖電路，或稱串聯(lián)緩沖電路。晶閘管關(guān)斷時(shí)，電源電壓突加在管子上，為了抑制瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)大的電壓上升率，以防止晶閘管內(nèi)部流過(guò)過(guò)大的結(jié)電容電流而誤觸發(fā)，需要在晶閘管的兩端并聯(lián)一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成關(guān)斷緩沖電路，或稱并聯(lián)緩沖電路。 GTR、GTO等全控型自關(guān)斷器件在實(shí)際使用中都必須配用開(kāi)通和關(guān)斷緩沖電路;但其作用與晶閘管的緩沖電路有所不同，電路結(jié)構(gòu)也有差別。主要原因是全控型器件的工作頻率要比晶閘管高得多，因此開(kāi)通與關(guān)斷損耗是影響這種開(kāi)關(guān)器件正常運(yùn)行的重要因素之一。例如，GTR在動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)過(guò)程中易產(chǎn)生二次擊穿的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又與開(kāi)關(guān)損耗直接相關(guān)。所以減少全控器件的開(kāi)關(guān)損耗至關(guān)重要，緩沖電路的主要作用正是如此，也就是說(shuō)GTR和功率MOSFET用緩沖電路抑制di/dt和du/dt，主要是為了改變器件的開(kāi)關(guān)軌跡，使開(kāi)關(guān)損耗減少，進(jìn)而使器件可靠地運(yùn)行。沒(méi)有緩沖電路時(shí)GTR開(kāi)關(guān)過(guò)程中集電極電壓uCE和集電極電流iC的波形，開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中都存在uCE和iC同時(shí)達(dá)到最大值的時(shí)刻;因此出現(xiàn)了瞬時(shí)的最大開(kāi)關(guān)損耗功率Pon和Poff，從而危及器件的安全。所以，應(yīng)采用開(kāi)通和關(guān)斷緩沖電路，抑制開(kāi)通時(shí)的di/dt，降低關(guān)斷時(shí)的du/dt，使uCE和iC的最大值不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。 GTR開(kāi)關(guān)過(guò)程中的uCE和iC的軌跡，其中軌跡1和2是沒(méi)有緩沖電路的情況，開(kāi)通時(shí)uCE由UCC(電源電壓)經(jīng)矩形軌跡降到0，相應(yīng)地iC由0升到ICM;關(guān)斷時(shí)iC由ICM經(jīng)矩形軌跡降到0，相應(yīng)地uCE由0升高到UCC。不但集電極電壓和電流的最大值同時(shí)出現(xiàn)，而且電壓和電流都有超調(diào)現(xiàn)象，這種情況下瞬時(shí)功耗很大，極易產(chǎn)生局部熱點(diǎn)，導(dǎo)致GTR的二次擊穿而損壞。加上緩沖電路后，uCE和iC的開(kāi)通與關(guān)斷軌跡分別如3和4所示，由可見(jiàn)，其軌跡不再是矩形，避免了兩者同時(shí)出現(xiàn)最大值的情況，大大降低了開(kāi)關(guān)損耗，并且最大程度地利用于GTR的電氣性能。 GTR的開(kāi)通緩沖電路用來(lái)限制導(dǎo)通時(shí)的di/dt，以免發(fā)生元件的過(guò)熱點(diǎn)，而且它在GTR逆變器中還起著抑制貫穿短路電流的峰值及其di/dt的作用。GTO的關(guān)斷緩沖電路不僅為限制GTO關(guān)斷時(shí)再加電壓的du/dt及過(guò)電壓，而且對(duì)降低GTO的關(guān)斷損耗，使GTO發(fā)揮應(yīng)有的關(guān)斷能力，充分發(fā)揮它的負(fù)荷能力起重要作用。 IGBT的緩沖電路功能更側(cè)重于開(kāi)關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30~50kHz;因此很小的電路電感就可能引起頗大的LdiC/dt，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。PWM逆變器中IGBT在關(guān)斷和開(kāi)通中的uCE和iC波形。在iC下降過(guò)程中IGBT上出現(xiàn)了過(guò)電壓，其值為電源電壓UCC和LdiC/dt兩者的疊加。為開(kāi)通時(shí)的uCE和iC波形，增長(zhǎng)極快的iC出現(xiàn)了過(guò)電流尖峰iCP，當(dāng)iCP回落到穩(wěn)定值時(shí)，過(guò)大的電流下降率同樣會(huì)引起元件上的過(guò)電壓而須加以吸收。逆變器中IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使iC出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。綜上所述，緩沖電路對(duì)于工作頻率高的自關(guān)斷器件，通過(guò)限壓、限流、抑制di/dt和du/dt，把開(kāi)關(guān)損耗從器件內(nèi)部轉(zhuǎn)移到緩沖電路中去，然后再消耗到緩沖電路的電阻上，或者由緩沖電路設(shè)法再反饋到電源中去。此緩沖電路可分為兩在類，前一種是能耗型緩沖電路，后一種是反饋型緩沖電路。能耗型緩沖電路簡(jiǎn)單，在電力電子器件的容量不太大，工作頻率也不太高的場(chǎng)合下，這種電路應(yīng)用很廣泛。