雙igbt緩沖吸收電路研究
葉敏1，曹秉剛2
（1長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，西安710064
2．西安交通大學機械工程學院，西安710049）
摘要：為提高電動汽車雙向功率變換器的工作效率和使用壽命，提出雙igbt緩沖吸收電路。針對雙rcd型緩沖吸收電路，詳述了igbt關斷過程c-e端過電壓產生的原因，給出了電路緩沖電容和電阻的確定方法，討論了不同門極驅動電阻下電路的緩沖吸收效果，通過計算和實驗調整確定了電路相關元件參數，指出了icbt溫升設計及其安裝的注意事項。實驗研究結果表明，雙rcd型緩沖吸收電路可顯著降低igbt關斷過電壓，具有良好的緩沖吸收效果，可保證其安全性、可靠性和穩定性。
關鍵詞：雙igbt；緩沖吸收；無感電容；溫升
中圖分類號：tp71 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0040-04
0引 言
絕緣柵雙極型晶體管(igbt)是由雙極型三極管(bjt)和絕緣柵型場效應管(mosfet)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有高輸入阻抗和低導通壓降兩方面的優點。非常適合應用于直流電壓為600v及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動電動汽車等領域。igbt的驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口。驅動電路的基本任務，就是將控制電路傳來的信號按照控制目標的要求，轉換為加在ig-bt控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。采用性能良好的驅動電路，可使igbt工作在較理想的開關狀態，縮小開關時間，減小開關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。本文針對電動汽車雙向功率變換器，詳述了雙igbt緩沖吸收電路的工作原理及其設計方法。
1 緩沖吸收電路結構及其工作原理
1.1電氣主回路
要實現電動汽車的能量回收，必須采用雙向功率變換器，其電氣主電路主要利用降壓和升壓斬波原理進行設計。圖1為由雙igbt組成的電動汽車雙向功率變換器電氣主回路。根據電動汽車“xj-tuev_ii”的相關參數選用f2600r12ks4大功率ig-bt，其額定電流為600 a，額定電壓為1 200v[3]。
1.2 igbt關斷過電壓產生原因
在實際使用過程中，igbt在關斷時集電極電流。下降率較大，igbt的開關時間一般為1μs左右。當igbt由通態迅速關斷時，尤其在短路和在有故障的情況下會有很大的- di/dt產生。該- di/dt在主回路的布線電感上引起較大的尖峰電壓- du/dt( du/dt)，如圖2所示。這個尖峰電壓與直流電源電壓疊加后加在關斷的icbt集電極和發射極c-e極之間。如果尖峰電壓很大，可能使疊加后的總電壓uce超出igbt的反向安全工作區，或者由于du/dt太大而引起誤導通，兩者都會對igbt造成損害。
1.3緩沖吸收電路結構及其工作原理
抑制過電壓的有效方法是采用緩沖吸收電路。igbt的關斷緩沖吸收電路分為充放電型和放電阻止型兩類。充放電型吸收回路由于功耗較大，當運行頻率較高時會嚴重影響裝置的運行效率。對電動汽車雙向功率變換器而言，igbt開關頻率為20 khz，頻率較高，應采用放電阻止型暖收電路。
如圖3所示，雙igbt緩沖吸收電路的主要類型有三種c型放電阻止型、rcd型放電阻止型和雙rcd型放電阻止型吸收回路。圖3中，la1、la2為主電路導線的寄生電感與濾波電容ca的寄生電感之和cs，ls為吸收電容為cs的寄生電感，rs為放電電阻，吸收電容cs應采用無感（低感）專用吸收電容。三種形式的緩沖吸收電路共同特點是既可以減低電流和電壓的交叉點以減小關斷損耗，又可以減小關斷時的d u/dt和d//dt。但是各類吸收回路亦存在其缺點：圖3(a)開通時有浪涌電流沖擊，適用于小容量igbt裝置(<50 a)；圖3(b)吸收慢，電阻功耗大，適用于中等容量的裝置(< 200 a)；圖3(c)結構相對復雜，每個icbt單元均有一個rcd放電阻止型緩沖吸收電路，具有更好 |
