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          IGBT模块吸收回路分析模型

          一、IGBT模块吸收电路的模型
          尽管开关器件内部工作机理不同,但对于吸收电路的分析而言,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。下面以下图所示的斩波器为例提出一般IGBT吸收电路的模型。在分析中均假定:所有二极管的通态电压降为零,开关器件T的拖尾电流为零,开关器件T的通态电压降为零。文章来源:http://www.minaco-uk.com/il/225.html
          IGBT斩波电路
          1.关断模型
          初始状态:T为通态,VD反向截止,Is流经T和Ls,Cs上的电压为零,Ls上电流为Is。栅极发出关断信号,经延迟时间,T上的电流以极快的速度下降到零。这段时间为电流下降时间,记为TF1。设下降时间开始时刻为零点,在下降时间里,0≤t≤TF1,则:
          IGBT模块关断时刻两端电压变化公式
          若假定T中的电流按二次曲线下降,则iCS=IS*t2/T2F1;若T的拖尾电流为零,则t=TF1时第一电压尖峰为:
          t=TF1时IGBT模块两端第一个电压尖峰
          Cs由电流源Is充电,一直充到Cs上的电压等于Us。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Lp1+Lp2产生谐振,当Lp1+Lp2中的能量全部转移到Cs中时,IGBT承受第2个电压尖峰U2;
          IGBT承受第2个电压尖峰U2
          式中:;Lp1为主回路的杂散电感;Lp2为吸收回路的杂散电感。
          然后是VDs的反向恢复过程,同时Cs放电,Cs上的电压最后稳定在Us,电路进入稳态。
          二、开通模型
          初始状态:T为断态,VDF2为通态,Is流经VDF2,Cs上电压为Us,若考虑Ls和VDs1回路的损耗,则Ls上的电流为零。栅极发出开通信号,经过延迟时间,T上的电压以极快的速度下降到零。这段时间为电压下降时间,记为TF2。在电压下降时间里有:
          电压下降时间里IGBT两端电压与杂散电感及电流变化的关系式
          式中:i1、i2分别为Lp1和Lp2中的电流;uT、iT分别为T上的电压和流经T的电流。
          一般假定Cs上的电压在这么短的时间里仍维持Us。其后,Cs通过Rs和T放电到零,同时Ls+Lp1恒压充电至电流为Is。这时VDF2反向恢复并截止。最后电路进入稳态,T导通,VDF2截止,Is流经T和Ls,Cs上的电压为零,Ls中的电流为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。
          根据以上模型可以指导设计吸收电路:首先根据器件功率大小和电路的布局估计Lp1和Lp2,一般以1m2的面积对应1uH来信算;然后根据具体器件的特性,由上式确定Cs及Ls;Rs的选择要保证在T开通时Cs上的电压泄放至零,同时也要综合考虑上式。
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