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缓冲电路的基本结构_缓冲电路工作原理

  缓冲电路的概念

缓冲电路(SnubberCircuit)又称吸收电路,它是电力电子器件的一种重要的保护电路,不仅用于半控型器件的保护,而且在全控型器件(如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等)的应用技术中,起着更重要的作用。

  缓冲电路的基本结构

缓冲电路的功能有抑制和吸收两个方面,因此图1(a)是这种电路的基本结构,串联的LS用于抑制di/dt的过量,并联的CS用于吸收器件上的过电压,即器件在关断时CS通过快速二极管DS充电,吸收器件上出现的过电压能量,由于电容电压不会跃变,限制了重加dv/dt。当器件开通时CS上的能量经RS泄放。对于工作频率较高、容量较小的装置,为了减小损耗,图1(a)中的RLCD电路,可以简化为图1(b)的形式。装置由RCD网络构成的缓冲电路普遍用于GTR、GTO、功率MOSFET及IGBT等电力电子器件的保护。

缓冲电路的基本结构_缓冲电路工作原理

  图1

图2所示的几种缓冲电路是上述基本RCD缓冲电路的简化或演变。如图所示,它们既可用于逆变器中IGBT模块的保护,也适用于其他电力电子器件的缓冲保护,但其性能有所不同。

缓冲电路的基本结构_缓冲电路工作原理

  图2

图2(a)是最简单的单电容电路,适用于小容量的IGBT模块或其他容量较小的器件,但由于电路中无阻尼元件,容易产生振荡,为此CS中可串入RS加以抑制,这种RC缓冲电路在晶闸管的保护中已用得很普遍。

图2(b)是把RCD缓冲电路用于由两只IGBT组成桥臂的模块上,此电路比较简单,但吸收功能较单独使用RCD时略差,多用于小容量元件的逆变器桥臂上。有时还可以把(a)、(b)两种缓冲电路并联使用以增强缓冲吸收的功能。

图2(c)是RS交叉连接的缓冲电路,当器件关断时,CS经DS充电,抑制dv/dt;当器件开通时,CS经电源和RS放电,同时有部分能量反馈回电源,这种电路对大容量的器件,例如400A以上的IGBT模块比较适合。

图2(d)是大功率GTO逆变桥臂上的非对称RLCD缓冲电路。图中限流电感LS经过DS和RS释放磁场能量。GTO关断时,CS经DS吸收能量并经RS把部分能量反馈到电网上去,因此损耗较小,适用于大容量的GTO逆变器。其中CS具有吸收电能和电压箝位双重功能,且效率较高。

图2(e)是三角形吸收电路,其特点是:(1)三只电容器之间几乎不需要连接线,所以寄生电感极小。(2)在电力电子器件工作过程中每只电容器都参与工作,电容器利用率高。(3)电路损耗较小。

缓冲电路引线中的杂散电感必须限制到最小,以防止电力电子器件在关断时出现电压尖峰,并消除杂散电感与缓冲电路中CS构成谐振回路所产生的振荡。所以缓冲电路中的R、C、D等元件也应力求采用无感元件。

  缓冲电路的工作原理

缓冲电路的基本工作原理是利用电感电流不能突变的特性抑制器件的电流上升率,利用电容电压不能突变的特性抑制器件的电压上升率。图示以GTO为例的一种简单的缓冲电路。其中L与GTO串联,以抑制GTO导通时的电流上升率dI/dt,电容C和二极管D组成关断吸收电路,抑制当GTO关断时端电压的上升率dV/dt,其中电阻R为电容C提供了放电通路。缓冲电路有多种形式,以适用于不同的器件和不同的电路。

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