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IGBT模塊吸收回路分析模型

一、IGBT模塊吸收電路的模型
盡管開(kāi)關(guān)器件內部工作機理不同,但對于吸收電路的分析而言,則只需考慮器件的外特性,IGBT關(guān)斷時(shí)模型可以等效為電壓控制的電流源,開(kāi)通時(shí)可以等效為電壓控制的電壓源。下面以下圖所示的斬波器為例提出一般IGBT吸收電路的模型。在分析中均假定:所有二極管的通態(tài)電壓降為零,開(kāi)關(guān)器件T的拖尾電流為零,開(kāi)關(guān)器件T的通態(tài)電壓降為零。文章來(lái)源:http://www.wllre.cn/il/225.html
IGBT斬波電路
1.關(guān)斷模型
初始狀態(tài):T為通態(tài),VD反向截止,Is流經(jīng)T和Ls,Cs上的電壓為零,Ls上電流為Is。柵極發(fā)出關(guān)斷信號,經(jīng)延遲時(shí)間,T上的電流以極快的速度下降到零。這段時(shí)間為電流下降時(shí)間,記為T(mén)F1。設下降時(shí)間開(kāi)始時(shí)刻為零點(diǎn),在下降時(shí)間里,0≤t≤TF1,則:
IGBT模塊關(guān)斷時(shí)刻兩端電壓變化公式
若假定T中的電流按二次曲線(xiàn)下降,則iCS=IS*t2/T2F1;若T的拖尾電流為零,則t=TF1時(shí)第一電壓尖峰為:
t=TF1時(shí)IGBT模塊兩端第一個(gè)電壓尖峰
Cs由電流源Is充電,一直充到Cs上的電壓等于Us。這時(shí),VDF2正向導通,Is通過(guò)VDF2續流;VDS1導通,Ls上的電流流經(jīng)VDS1。同時(shí),Cs和Lp1+Lp2產(chǎn)生諧振,當Lp1+Lp2中的能量全部轉移到Cs中時(shí),IGBT承受第2個(gè)電壓尖峰U2;
IGBT承受第2個(gè)電壓尖峰U2
式中:;Lp1為主回路的雜散電感;Lp2為吸收回路的雜散電感。
然后是VDs的反向恢復過(guò)程,同時(shí)Cs放電,Cs上的電壓最后穩定在Us,電路進(jìn)入穩態(tài)。
二、開(kāi)通模型
初始狀態(tài):T為斷態(tài),VDF2為通態(tài),Is流經(jīng)VDF2,Cs上電壓為Us,若考慮Ls和VDs1回路的損耗,則Ls上的電流為零。柵極發(fā)出開(kāi)通信號,經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間,T上的電壓以極快的速度下降到零。這段時(shí)間為電壓下降時(shí)間,記為T(mén)F2。在電壓下降時(shí)間里有:
電壓下降時(shí)間里IGBT兩端電壓與雜散電感及電流變化的關(guān)系式
式中:i1、i2分別為L(cháng)p1和Lp2中的電流;uT、iT分別為T(mén)上的電壓和流經(jīng)T的電流。
一般假定Cs上的電壓在這么短的時(shí)間里仍維持Us。其后,Cs通過(guò)Rs和T放電到零,同時(shí)Ls+Lp1恒壓充電至電流為Is。這時(shí)VDF2反向恢復并截止。最后電路進(jìn)入穩態(tài),T導通,VDF2截止,Is流經(jīng)T和Ls,Cs上的電壓為零,Ls中的電流為Is。
采用支路模型無(wú)法正確理解三電平電路中的雜散電感,因為雜散電感與回路有關(guān),且回路面積越大,雜散電感越大。用回路模型表示比用支路模型表示更確切。因此,工程上凡是需要抑制過(guò)電壓或避免電磁干擾的地方,都必須緊縮布線(xiàn)或采用雙絞線(xiàn)以減少雜散電感。
根據以上模型可以指導設計吸收電路:首先根據器件功率大小和電路的布局估計Lp1和Lp2,一般以1m2的面積對應1uH來(lái)信算;然后根據具體器件的特性,由上式確定Cs及Ls;Rs的選擇要保證在T開(kāi)通時(shí)Cs上的電壓泄放至零,同時(shí)也要綜合考慮上式。
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