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浅析三菱igbt模块缓冲电路的模型

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详细介绍
 尽管开关器件内部工作机理不同,但对于缓冲电路的分析而言,则只需考虑器件的外特性,IGBT 关断时模型可以等效为电压控制的电流源,开通时可以等效为电压控制的电压源。并以图1所示的斩波器的缓冲电路为例提出一般IGBT缓冲电路的模型。在分析中,均假定:所有二极管的通态电压降为0;开关器件VT的拖尾电流为0;开关器件VT的通态电压降为0。
 斩波电路
 
图1 斩波电路
 
1. 关断模型
       初始状态:VT通态,VDF2反向截止。Is流经VT和Ls, Cs上的电压为0,Ls上电流Is。栅极发出关断信号,经延迟时间,VT上的电流以极快的速度下降到0,这段时间为电流下降时间Tf1。设下降时间开始时刻为零点,在下降时间里,o≤c≤Ta,则
 
 
                        (1)
若假定VT中的电流按二次曲线下降,则,若VT的拖尾电流为0,则t=Tf1时*电压尖峰为
 
 
                        (2)
CS 由电流源IS 充电,  一直充到 CS上的电压等于VS。这时,VDF2 正向导通,IS通过VDF2续流;VDS1导通,Ls上的电流流经VDS1。同时,CS和Lpl+ Lp2产生谐振,当 Lpl+Lp2中的能量全部转移到 CS中时,IGBT承受第2个电压尖峰V2为
 
 
                                 (3)
       式中,;Lpl为主回路的杂散电感;Lp2为缓冲回路的杂散电感。
      然后是VDs的反向恢复过程,同时CS放电,CS 电压zui后稳定在VS。电路进入稳态。
2. 开通模型
      初始状态,VT断态,VDF2通态。Is 流经VDF2,CS上电压为vs,若考虑 Ls和VDs1回路的损耗,则Ls上电流为0。栅极发出开通信号,经过延迟时间,VT上的电压以极快的速度下降到 0,这段时间为电压下降时间,记为Tf2。在电压下降时间里有:
 
 
                               (4)
       式中,il、i2分别为Lpl和Lp2中的电流;VVT, iVT分别为VT上的电压和流径VT的电流。
      一般假定Cs上的电压在这么短的时间里仍维持Vs,其后,Cs通过Rs和Ⅵ放电到 0,同时,Ls+ Lpl恒压充电直至电流为Is。这时VDF2反向恢复并截止,zui后电路进入稳态:VT导通,VDF2截止;IS 流经VT和Ls,Cs上的电压为0,Ls中电流为Is。
      采用支路模型无法正确理解三电平电路中的杂散电感,因为杂散电感与回路有关,且回路面积越大,杂散电感越大。用回路模型表示比用支路模型表示更确切,因此,工程上凡是需要抑制过电压或避免电磁干扰的地方,都必须紧缩布线或采用双绞线以减少杂散电感。
      根据以上模型可指导设计缓冲电路,首先根据器件功率大小和电路的布局估计Lpl和Lp2,一般以1m²的面积对应lμH 来估算;然后根据具体器件的特性,由式(2)和式(3)确定CS,由式(4)确定Ls;Rs的选择要保证在VT开通时CS的电压泄放至0, 同时也要综合考虑式(4)。





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