緩沖電路的作用

發(fā)布時間:2024-01-25
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電路,不僅用于半控型器件的保護,而且在全控型器件(如gtr、gto、功率mosfet和igbt等)的應用技術中,起著更重要的作用。
晶閘管開通時,為了防止過大的電流上升率而燒壞器件,往往在主電路中串入一個扼流電感,以限制過大的di/dt,所串電感及其配件組成了開通緩沖電路,或稱串聯(lián)緩沖電路。晶閘管關斷時,電源電壓突加在管子上,為了抑制瞬時過電壓和過大的電壓上升率,以防止晶閘管內(nèi)部流過過大的結電容電流而誤觸發(fā),因此在晶閘管兩端并聯(lián)一個rc網(wǎng)絡,構成關斷緩沖電路,或稱并聯(lián)緩沖電路。
gtr、gto等全控型自關斷器件運行中都必須配用開通和關斷緩沖電路,但其作用與晶閘管的緩沖電路有所不同,電路結構也有差別。主要原因是全控型器件的工作頻率要比晶閘管高得多,因此開通和關斷損耗是影響這種開關器件正常運行的重要因素之一。例如gtr在動態(tài)開關過程中易產(chǎn)生二次擊穿的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象又與開關損耗直接相關。所以減少全控器件的開關損耗至關重要,緩沖電路的主要作用正是如此,也就是說gtr和功率mosfet用緩沖電路抑制di/dt和dv/dt,主要是為了改變器件的開關軌跡,使開關損耗減少,進而使器件可靠運行。
圖1(a)是沒有緩沖電路時gtr開關過程中集電極電壓vce和集電極電流ic的波形,由圖可見開通和關斷過程中都存在vce 和 ic同時達到最大值的時刻,因此出現(xiàn)了最大的開關損耗功率pon和poff,從而危及器件的安全。所以應采用開關和關斷緩沖電路,抑制開通時的di/dt,降低關斷時的dv/dt,使vce 和 ic的最大值不會同時出現(xiàn)。
圖1
圖1(b)是gtr開關過程中的vce 和 ic的軌跡,其中軌跡1和2是沒有緩沖電路時的情況,不但集電極電壓和電流的最大值同時出現(xiàn),而且電壓和電流都有超調(diào)現(xiàn)象,這種情況下瞬時功耗很大,極易產(chǎn)生局部熱點,導致gtr的二次擊穿而損壞。
加上緩沖電路后,vce 和 ic的開關與關斷軌跡分別如3和4所示,由圖可見其軌跡不再是矩形,避免了兩者同時出現(xiàn)最大值的機會,大大降低了開關損耗,并且最大程度地利用了gtr的電氣性能。
igbt的緩沖電路功能更側重于開關過程中過電壓的吸收和抑制,這是由于igbt的工作頻率可以高達30~50khz,因此很小的電路電感就可能引起較大的ldi/dt,從而產(chǎn)生過電壓而危及igbt的安全。圖2(a)和(b)是pwm逆變器中igbt在關斷和開通中的vce 和 ic波形,由圖可見,在ic下降過程中igbt上出現(xiàn)了過電壓,其值為電源電壓vcc和ldic/dt兩者的疊加。
圖2
綜上所述,緩沖電路對于工作頻率高的自關斷器件,通過限壓、限流、抑制di/dt、dv/dt,把開關損耗從器件內(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,或者由緩沖電路設法再反饋到電源中去。因此緩沖電路可分為兩大類,前一種是能耗型緩沖電路,后一種是反饋型緩沖電路。能耗型電路簡單,在電力電子器件的容量不太大,工作頻率不太高的場合下,這種電路應用很廣泛。
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