美國(guó)CDE電容模塊在緩沖電路中的應(yīng)用

1引言

眾所周知，在電力電子器件的應(yīng)用電路中，無(wú)一例外地都要設(shè)置緩沖電路，即吸收電路。一些初次應(yīng)用全控型器件的讀者或許有這樣的感受：器件莫名其妙地?fù)p壞了。雖然損壞的原因頗多，但緩沖電路和緩沖電容選擇不當(dāng)是不可忽略的重要原因。

2緩沖原理

器件損壞，不外乎是器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中遭受了過(guò)量di/dt、dv/dt或瞬時(shí)功耗的危害而造成的。緩沖電路的作用，就是改變器件的開(kāi)關(guān)軌跡，控制各種瞬態(tài)過(guò)電壓，降低器件開(kāi)關(guān)損耗，保護(hù)器件安全運(yùn)行。

圖1所示為GTR驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)波形。不難看出，在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中，GTR集電極電壓uc和集電極電流ic將同時(shí)出現(xiàn)，因而開(kāi)關(guān)功耗大。加入緩沖電路，可將部分開(kāi)關(guān)功耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路上，達(dá)到保證器件安全運(yùn)行的目的。

典型復(fù)合式緩沖電路如圖2所示。當(dāng)GTR關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)緩沖二極管D向緩沖電容Cs充電，同時(shí)集電極電流ic逐漸減少。由于電容Cs兩端電壓不能突變，所以有效地限制了GTR集電極電壓上升率dv/dt，降低了GTR的電壓應(yīng)力，同時(shí)集電極電流轉(zhuǎn)移到了緩沖電路，從而降低了關(guān)斷功耗。GTR集電極母線(xiàn)電感以及雜散電感，在GTR開(kāi)通時(shí)儲(chǔ)存的能量LI2/2，這時(shí)轉(zhuǎn)換成CsVcs2/2儲(chǔ)存在緩沖電容Cs中。當(dāng)GTR開(kāi)通時(shí)，集電極母線(xiàn)電感和其他雜散電感以及Rs對(duì)Cs放電的限流作用，有效地限制了GTR集電極電流上升率di/dt，降低了GTR的電流應(yīng)力，同樣也降低了開(kāi)通功耗。這樣，緩沖電路不僅降低了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，而且降低了器件所承受的電壓、電流應(yīng)力，從而保護(hù)了GTR安全運(yùn)行。

緩沖電容Cs容量不同，其緩沖效果也不相同。圖3給出了不同容量下GTR電流、電壓關(guān)斷波形。圖3（a）

圖1GTR的開(kāi)關(guān)波形

圖2復(fù)合式緩沖電路

圖3GTR電流、電壓關(guān)斷波形

(a)無(wú)緩沖電容(b)緩沖電容較小(c)緩沖電容過(guò)大

圖4通用的三種IGBT緩沖電路(a)SCD型(b)SCM型(c)SCC型