缓冲电路的作用

接线图 2023年07月21日 22:53 190 admin

电力电子器件的缓冲电路（Snubber Circuit）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。
晶闸管开通时，为了防止过大的电流上升率而烧坏器件，往往在主电路中串入一个扼流电感，以限制过大的di/dt，所串电感及其配件组成了开通缓冲电路，或称串联缓冲电路。晶闸管关断时，电源电压突加在管子上，为了抑制瞬时过电压和过大的电压上升率，以防止晶闸管内部流过过大的结电容电流而误触发，因此在晶闸管两端并联一个RC网络，构成关断缓冲电路，或称并联缓冲电路。
GTR、GTO等全控型自关断器件运行中都必须配用开通和关断缓冲电路，但其作用与晶闸管的缓冲电路有所不同，电路结构也有差别。主要原因是全控型器件的工作频率要比晶闸管高得多，因此开通和关断损耗是影响这种开关器件正常运行的重要因素之一。例如GTR在动态开关过程中易产生二次击穿的现象，这种现象又与开关损耗直接相关。所以减少全控器件的开关损耗至关重要，缓冲电路的主要作用正是如此，也就是说GTR和功率MOSFET用缓冲电路抑制di/dt和dv/dt，主要是为了改变器件的开关轨迹，使开关损耗减少，进而使器件可靠运行。
图1（a）是没有缓冲电路时GTR开关过程中集电极电压vCE和集电极电流iC的波形，由图可见开通和关断过程中都存在vCE 和 iC同时达到最大值的时刻，因此出现了最大的开关损耗功率pon和poff，从而危及器件的安全。所以应采用开关和关断缓冲电路，抑制开通时的di/dt，降低关断时的dv/dt，使vCE 和 iC的最大值不会同时出现。

缓冲电路的作用第1张
图1
图1（b）是GTR开关过程中的vCE 和 iC的轨迹，其中轨迹1和2是没有缓冲电路时的情况，不但集电极电压和电流的最大值同时出现，而且电压和电流都有超调现象，这种情况下瞬时功耗很大，极易产生局部热点，导致GTR的二次击穿而损坏。
加上缓冲电路后，vCE 和 iC的开关与关断轨迹分别如3和4所示，由图可见其轨迹不再是矩形，避免了两者同时出现最大值的机会，大大降低了开关损耗，并且最大程度地利用了GTR的电气性能。
IGBT的缓冲电路功能更侧重于开关过程中过电压的吸收和抑制，这是由于IGBT的工作频率可以高达30～50kHz，因此很小的电路电感就可能引起较大的Ldi/dt，从而产生过电压而危及IGBT的安全。图2（a）和（b）是PWM逆变器中IGBT在关断和开通中的vCE 和 iC波形，由图可见，在iC下降过程中IGBT上出现了过电压，其值为电源电压vCC和LdiC/dt两者的叠加。

缓冲电路的作用第2张
图2
综上所述，缓冲电路对于工作频率高的自关断器件，通过限压、限流、抑制di/dt、dv/dt，把开关损耗从器件内部转移到缓冲电路中去，然后再消耗到缓冲电路的电阻上，或者由缓冲电路设法再反馈到电源中去。因此缓冲电路可分为两大类，前一种是能耗型缓冲电路，后一种是反馈型缓冲电路。能耗型电路简单，在电力电子器件的容量不太大，工作频率不太高的场合下，这种电路应用很广泛。