逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

2009年第31卷第6期第27页

电气传动自动化

ELECTRICDRIVEAUTOMATIONVol．31，No．62009，31（6）：27～31

文章编号：1005—7277（2009）06—0027—05

逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

张全柱，黄成玉，邓永红

（华北科技学院信息与控制技术研究所，北京101601）

摘要：IGBT的开关速度很高，关断时一般会产生过电压，实际电路中通常都会在IGBT旁加吸收电路（缓冲。针对其中五种吸收电路的特点、适用范围进行了描述和比较，并利用Matlab软件对IGBT（两种第五电路）代IGBT模块）的吸收电路进行了仿真，并给出了试验波形和优化的吸收电路参数选择。关键词：IGBT过电压；吸收电路；仿真；参数选择中图分类号:TM464

文献标识码:B

ZHANGQuan-zhu,HUANGCheng-yu,DENGYong-hong

（NorthChinaInstituteofScienceandTechnology，InformationandControlTechnology

China）ResearchInstitute,Beijing101601，

Absract:ThehighswitchingspeedofIGBT′smayproduceovervoltageacrossthedevices.Insuchcases,snubbersareoftenadoptedinpracticalcircuitstoprotectthedevices.Thecharacteristicsandapplicabilityoffivedifferentsnubbersaredescribedandcompared,thensimulatedwithMatlab,andfinallytherelatedwaveformsandoptimalparametersarealsogiven.

Keywords:IGBTovervoltage;snubber;simulation;optimalparameters

MatlabsimulationandresearchfortheIGBTabsorbingcircuitsofinverter

1引言

绝缘栅双极型晶体管IGBT（InsulatedGate

BipolarTransistor）作为兼有MOSFET和电力晶体管的新型复合型器件，是一种输入阻抗高，驱动功率小，开关速度高的电压控制型器件，在电力电子领域中得到越来越广泛的应用。但由于IGBT关断过程中很可能产生过电压，在实际电路中IGBT吸收电路（缓冲电路）必不可少。

趋向关断，其反向恢复过程使这个电流继续减小

到负的最大值，在这个电流再次快速恢复到0的过程中，会产生可观的di/dt，进而会在母线寄生电感上感应出VS=LB·di/dt的电压阻止该电流的减对IGBT的小，这个电压VS和直流电压叠加起来，耐压能力形成威胁。

2.2IGBT吸收电路的种类和特点

吸收电路也称缓冲电路，是抑制过电压的重要方法之一。

IGBT的吸收电路分为充放电型和放电阻止型两种。如图1、2、3所示,充放电型吸收电路一般分为RC充放电吸收电路、RCD充放电吸收电路和C吸收电路。放电阻止型吸收电路一般分为放电阻止型RCD吸收电路（A）和放电阻止型RCD吸收电路（B）。如表1所示为充放电型吸收电路，如表2所示为放电阻止型吸收电路类型比较。

2IGBT的过电压和吸收电路

2.1IGBT过电压的分类

IGBT过电压主要分为关断过电压和换相过电压两种。

（1）关断过电压

IGBT的开关速度很高，关断时会产生很大的di/dt，从而在模块周边的分布电感L上会产生很高的L·（di/dt）（关断浪涌电压），如果对其不加限制，则可能会造成器件的过压击穿。

（2）换相过电压

续流二极管反向恢复时也会产生过电压（浪涌电压）。当IGBT导通时，二极管的电流迅速减小到0而

［1］

3Matlab/Simulink6.0对IGBT吸收电路的建

模和研究

为了研究吸收电路对IGBT过电压的抑制情

逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

·28·

电气传动自动化

2009年第6期

图1RC吸收电路图2RCD吸收电路表1充放电型吸收电路

图3C吸收电路

的最优参数。如图4、5所示。

3.1CM100DY-24A模块的吸收电路选择与研究

）无吸收电路时过电压的情况分析（1

分析过程中，为了更真实地模拟IGBT在较恶劣环境中的工作情况，仿真过程根据推荐值对模型中CM100DY-24A的参数进行设置。

如图6所示为在不加吸收电路情况下IGBT关断时的过电压情况。从图6中可以看

IGBT关断到，在不加吸收电路保护的情况下，

时的电压峰值接近900V，这对IGBT的安全工作是很不利的。

900800700VCE6005004003002001000

1.8941.8961.8981.91.9021.9041.9061.908

-4

Timeoffset0×10

电路类型RC型吸收电路易造成过结构简单、

RCD型吸收电路C吸收电路

成本克服过冲电压过电路简单、过电压抑制效果低、易产生振高、

较好、会引起集电极荡、会引起集电电流升高

极电流升高

特点冲电压、会引起集电极电流升高

适用范围低频率装置小冲量、低频率装置中等容量装置小容量、

102100

N

N

989694929088

1.8995

1.9

1.9005

1.901

1.9015

-4×10

I

C

图4RCD吸收电路A图5RCD吸收电路B

表2放电阻止型吸收电路

电路类型

放电阻止型RCD吸收

电路（A）

放电阻止型RCD吸收

电路（B）

图6IGBT关断时集-射极电压VCE和集电极电流IC波形

过电压抑制效果好、不会过电压抑制效果好、不会

特点

附引起集电极电流上升、附引起集电极电流上升、

加损耗小、吸收回路寄生加损耗小、吸收回路寄生电感较大

较高频率装置适用范围中等容量、

电感小

大容量、高频率装置

况，使用Matlab/Simulink6.0对IGBT实际吸收电路

建立模型进行仿真分析。通过模拟CM100DY-24A、CM300DY-24A（耐电压为1200V，集电极电流分别为100A、300A）两种IGBT模块关断时的过

RCD、C、放电阻止型RCD吸电压情况，比较RC、

收电路（A）和放电阻止型RCD吸收电路（B）五种吸收电路对过电压的抑制效果，并找出电路组件

[2]

（2）采用RC吸收电路对过电压抑制情况的分析

（以下几图7采用RC吸收电路后的电路模型

节分别用同样的方法对RCD、C、放电阻止型RCD吸收电路（A）和放电阻止型RCD吸收电路（B）四种吸收电路建立电路模型），吸收电容和电阻串联后并接在IGBT的两端。电阻R的取值不能过大，以获得较好的吸收效果。图8给出了采用此吸收电路后IGBT关断时集-射极电压VCE和集电极电流IC波形。

在小容量、低频IGBT电路应用中RC吸收电路对过电压的抑制作用较好。但同时应该注意到IGBT在开通时集电极电流会有所增加。

逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究

2009年第6期

张全柱，黄成玉，邓永红逆变器用IGBT吸收电路的Matlab仿真研究·29·

过电压的抑制效果越好，但同时引起集电极电流上升越严重，且IGBT的开关损耗越严重；而充

电电阻的阻值越大，对过电压的抑制越差，引起的电压过冲会越高。（3）采用RCD吸收电路对过电压抑制情况的分析

图9为采用RCD电路后IGBT关断时集-射极电压VCE和集电极电流IC波形。

120010008006004002000

图7采用RC吸收电路

9008007006005004003002001000

2.022.032.042.052.062.072.082.092.12.11

×10

（a

）

-4

Timeoffset:0

140

120100806040200

3.99844.0024.0044.0064.0084.014.012-3

×10Timeoffset0

（a）

1.952（b）

2.052.1

2.15

- …… 此处隐藏：5214字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……