缓冲电路调研报告

2014-10-27 14:13阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2514298504

1 报告组成

2 过电压形成原因

浪涌电压说明电路
2.1 IGBT关断浪涌电压
IGBT的关断浪涌电压是在关断瞬时流过IGBT 的电流被切断时而产生的瞬态电压，以上图所示的单相半桥感性负载电路来说明。
在这个电路中上桥臂IGBT1被置于断态，下桥臂的 IGBT2 由一组脉冲来控制其导通和关断。
理想情况（无寄生电感）：每当 IGBT2 开通时，通过感性负载的电流都将增大。当 IGBT2 被关断时，流过负载电感的电流不可能立刻发生变化，它必须通过上桥臂 IGBT1 的续流二极管流通。当IGBT2 再一次导通时，负载电流又变换到IGBT2 并且再次开始增加。那么下桥臂IGBT2关断时，VCE将上升，直到它的值比母线电压（VCC）高出一个二极管的压降值。
但是在实际的功率电路线路中存在有寄生漏电感，用一个漏电感总值为 Lp 的电感来模拟线路寄生电感的影响。当 IGBT2 关断时，电感 Lp 阻止负载电流向上桥臂IGBT1 的续流二极管切换，在该电感两端产生阻止电流增加的电压 Vp，它与电源电压相迭加并以浪涌电压的形式加在下桥臂IGBT2 的两端在极端条件下，该浪涌电压会超过 IGBT 的额定值 VCEN并导致它的损坏。
2.2 续流管浪涌电压
同时，当续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压。
假定下桥臂IGBT2 处于关断状态，并且负载电流IL通过上桥IGBT1的续流二极管而流通，当IGBT2 开通时，IGBT1的续流二极管中的电IFWD 将随着负载电流开始转换到IGBT2 而下降，并且在续流二极管反向恢复期间变为负值，当续流二极管恢复时，其电流会迅速下降为零，这种情况类似于上面所描述的关断情况。线路中的寄生电感Lp产生浪涌电压Vp，它阻止电流下降。

在这种情况下，di/dt 与续流二极管的恢复性能有关。
3 缓冲电路背景
由以上过电压产生的分析可知，在以IGBT为主的电路中需注意以下两点:
1：di/dt与du/dt
2:由主电路分布电感与缓冲电容漏感引起的电压尖峰
因此，需要在半导体开关管并联缓冲电路，起保护和改善开关性能的作用，具体如下：
(1)降低或消除电压、电流尖峰;
(2)限制dI /dt或dV /dt;
(3)使系统运行在安全操作区( SOA)内;
(4)把开关功率损耗转移到电阻或有用负载上，降低总的开关损耗;
(5)通过钳位电压和电流振荡降低EMI。
4 常用缓冲电路分类

常用缓冲电路拓扑
a)C型缓冲电路：如图（a）所示，由一个无感电容Cs组成，通常作为整体缓冲电路，优点是电路简单，成本低，但是随着功率级别的增加，可能同母线寄生电感作减幅振荡。适用于小功率等级的IGBT
b) RC 型缓冲电路：如（b）所示，相对于C 型缓冲电路，能有效抑制振荡发生，关断浪涌电压抑制效果好，通常作为单独缓冲电路使用，但当器件开通时，Cs通过Rs输出电流到集电极，使电流增大。因此要小心选择Rs的阻值，适用于小容量、低频率装置。
c) RCD充放电型缓冲电路：如图（c）所示，电路使用快速二极管Ds钳位瞬变电压，可抑制振荡发生，又可增加缓冲电阻值。RC时间常数设计为开关周期的1/3，以保证缓冲电容 Cs 上吸收的尖峰电压在每一个开关周期通过Rs 放掉，但是缓冲电路的损耗（主要是缓冲电阻）很大。
d) RCD限幅钳位缓冲电路：如（d）所示，过电压抑制效果好，不会引起集电极电极电流升高，附加损耗小。常用于中大容量器件，高频开关应用场合，做为单独缓冲电路使用。
5 原理介绍：