开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制
IGBT关断过程的分析
IGBT关断过程的分析IGBT关断过程的分析上一篇，我们写了基于感性负载下，IGBT的开通过程，今天，我们就IGBT的关断过程进行一个叙述。
对于IGBT关断的可以基于很对方面进行分析，而今天我们从电压电流对IGBT的关断过程进行分析。
1前言绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 是双极型晶体管(BJT) 和场效应晶体管(MOSFET) 的复合器件,IGBT将BJT的电导调制效应引入到VDMOS 的高阻漂移区, 大大改善了器件的导通特性, 同时还具有MOSFET栅极输入阻抗高、开关速度快的特点。
很多情况，由于对IGBT 关断机理认识不清, 对关断时间随电压和电流的变化规律认识不清, 导致无法解释在使用过程中出现的电流拖尾长、死区时间长等现象, 不能充分发挥IGBT 的性能; 导致IGBT 因使用不当, 烧毁。
今天我们就IGBT关断时的电流和电压进行简单的叙述。
02关断机理IGBT 结构等同于n 沟道MOSFET与pnp晶体管构成的达林顿结构, MOSFET 的漏极与pnp晶体管的基极相连。
等效电路和基本结构图如下：IGBT的关断波形如下图所示，大致分为三个阶段：①关断延迟时间td(off)；②关断过程中电压上升到10%到电流下降到90%时间Δt；③关断下降时间tf。
IGBT关断时间表达式为：toff=td(off)+Δt +tfICE=IMOS+IC(BJT)=Ids+IceBJT 是一种电流控制型器件, 发射极e和集电极c传导的工作电流受基极b引入的较小电流的控制, 如等效电路所示, BJT受MOSFET漏极电流控制. 在IGBT关断td(off)和Δt 程中, MOSFET 的门极电压Vgs减小至Miller平台电压Vmr, 漏源电压Vds增大至Vds(max), 而漏源电流Ids保持不变. 由于Ib=Ids, BJT的集射极电流Ice受Ib控制, 所以,在IGBT关断td(off)和Δt过程中, Ice电流仍然保持不变, 如上图所示. 由上式ICE等式可知, IGBT的。
开关电源常见尖峰的产生原因和抑制方法
开关电源的尖峰干扰及其抑制电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
简述抑制尖峰电压的若干方法
简述抑制尖峰电压的若干方法前言为了增加电源功率的密度，务必采用将双极晶体管吸收电路高频化的手段。
电容器电源中的開关器件的安全是一个很重要的问题，为了保证它的安全。
务必采用以串联谐振式所组成的电容器，并以它的充电电源为基础。
本文研究了影响IGBT的因素，并研究了对于尖峰电压的取值。
本文首先介绍了尖峰电压的简单产生机理，随后对抑制尖峰电压的几种方法做了简单描述，然后简单介绍了吸收电路，最后介绍了吸收电路的基本的工作思路。
1.尖峰电压产生机理对于高频电容器来说，它的充电电源有很多种，串联谐振式的结构构架是最主要的一种，它的结构如图1所示，开关器件往往选用的是高频模块IGBT，它的具体过程为：2.抑制尖峰电压的方法尖峰电压在逆变回路中的产生有两个很主要的原因，一个是存在一定的杂散电感Ls，再者就是主回路中的电流变化的迅速。
在高频电源中，开关的开通速度往往需要得到提高才行，而IGBT的开通速度与电流的变化速度有很大的关系。
因此，为了保证电路正常工作，由开始的分析可知杂散电感必须最大程度的减少，并且必须利用吸收电路的作用来最大可能的降低IGBT的尖峰电压和对尖峰电压抑制。
2.1减小杂散电感为了有效的减少主回路中的杂散电感，有两种方式可以采用。
第一种是采用同轴电缆，但是电感必须要小。
另一个是采用将回路通过正负母排上下叠放的方式连接起来。
根据我们所学的知识可知，在两根平行导线上通上一种相反方向而且大小等大的电流，并且在它们离的很近时，此时就会产生的磁场，但是两者的磁场可以相互抵消。
如此一来，从理论上来说，电感就为0了。
2.2采用吸收电路电流在回路中通过的是很大的，而且开通速度比较快这个特点往往是一些较大功率充电电源所具有的特点。
由于主回路中的杂散电感的存在，尖峰电压会感应出来，当较大时为了抑制电压的峰值，就必须利用外加吸收电路的相应功能来实现，因此我们有三种主要的电路形式。
第1种是在正负的两端加上一个电容，对于小功率、低成本的逆变器，这种方式都很适用。
开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ的尖 峰电压 主要 发生 在 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ关 断的时候 ， 对关 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ５ — １ ０
１功率变换器 关断尖峰 电压的分析
２ ０ １ ４ 年 第１ 期 ・熏掇权 瘟闻 ｌ ５ ９
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研 究与设 计 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
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开关磁阻电机功率变换器 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 关断电压尖峰 的分析 与抑制
丁 小刚 ， 程 晶 晶
（ 中国矿业大学信电学院， 江苏 徐 州 ２ ２ １ ０ ０ ８ ）
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈｅ ｄ Ｒｅ ｌ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ； Ｐｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｖｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ；Ｓ ｐ ｉ ｋ ｅ ｖ ｏｌ ｔ ａ ｇ ｅ ； Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｌ ａ ｍｐ
关于开关电源中抑制开关管DS电压尖峰的研究分析
关于开关电源中抑制开关管DS电压尖峰的研究分析关于开关电源中抑制开关管DS 电压尖峰的研究分析在开关电源的设计试验中，设计者通常希望能将电路的损耗降到最低，而损耗中很重要的一部分来自于开关管的开关损耗。
开关管开关时电压和电流的重叠是开关损耗的主要成因。
在含有变压器的开关电源中，由于变压器漏感的影响，开关管的开通损耗一般都比较小；在导通瞬间，变压器漏感很大的导通阻抗使开关管两端电压迅速下降到零，并减缓了电流的上升速率，即开关管导通时电流上升的大部分时间内开关管的DS 电压基本为零，所以其导通损耗可以忽略，也就是说，开关损耗主要来源于开关管关断时的损耗。
我们经常会遇到开关管在关断的瞬间其DS 电压会出现瞬间高压值，即电压尖峰，该电压尖峰在使用不同的开关管时，形成的原因也会不同，但笔者认为其原因不外乎以下两种：一是开关管关断时变压器初级的漏感尖峰电压；二是由于开关管内部的杂散寄生电感和电容，在其关断时产生的电压浪涌。
对于整流二极管而言，其截至时的反向恢复电流也会产生电流浪涌和电压浪涌。
电压尖峰的存在会影响电路的稳定性，可能会产生EMI 问题及电路产生噪声，严重时电压尖峰可能会超出开关管的规格要求，导致开关元件的损坏，所以设计者一般会采用吸收电路来降低电压尖峰同时降低其开关损耗。
这些吸收电路的原理就是在开关断开时为开关提供旁路，以吸收蓄积在杂散寄生电感和漏感中的能量，并使开关电压被钳位从而抑制浪涌电流。
常见的吸收电路有RC 吸收电路、LC 吸收电路RCD 吸收电路。
现对其中的RCD 吸收电路和RC 吸收电路做一整理总结。
1、 RCD 吸收电路RCD 吸收电路的原理图如下图所示，其构成为电容Cs 与电阻Rs 并联后与二极管VDs 串联后并联在开关管的两端。
其工作原理为：当开关管关断瞬间，变压器初级漏感和开关管杂散寄生电感中存储的能量将会在给开关管寄生电容充电，其电压上升到吸收电容的电压时，吸收二极管导通，从而使开关电压被二极管所钳位，同时漏感和寄生电感中储存的能量也向吸收电容充电。
IGBT模块应用中过电压的抑制
IGBT模块应用中过电压的抑制孙国印(洛阳单晶硅有限责任公司,洛阳 471000) 摘要:寄生杂散电感会使超快速IG B T关断时产生过电压尖峰,通常抑制过电压的方法会增加IG B T开关损耗或外围器件的耗散功率。
介绍了有效抑制IG B T关断中过电压的新方法。
关键词:模块;绝缘栅双极晶体管;过电压/开关损耗;寄生电感中图分类号:TN31/387 文献标识码:A 文章编号:1000-100X(2002)04-0073-02Over2voltage Suppression in Application of IGBT ModuleSUN Guo2yin(L uoyang S ingle Crystal S ilicon Com pany,L uoyang471000,China) Abstract:Random2existed parasite inductances in IG B T circuit will make over voltage spike during the IG B T tun2off transient.Supressing the voltage spike is often at the expense of increasing power losses of devices in the circuit.In order to compromise these two tendences,a new method to o ptimize the circuit design and its applying result are described detailly.K eyw ords:module;IG B T;over2voltage;switching loss;parasite inductance1 引 言超快速IG B T模块具有非常短的上升时间和下降时间,其开关损耗亦很小,通常用于频率为20kHz 以上的开关电源。
开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制
机
电
元
件
Ｖ０． ２ Ｎｏ １ １３ ．
ＥＬＥＣＴＲ０Ｍ＿ ＣＨＡＮＩ 卫 ＣＡＬ Ｃ０Ⅳ口 ０ＮＥＮＴＳ Ｐ
Ｆｅ ． ０１ ｂ２ ２
开 关 磁 阻 电机 功 率 变 换 器 Ｉ Ｔ ＧＢ
关 断 电压 尖 峰 的分 析 与抑 制
丁 小刚 。程 晶 晶
ｏ ｈ ｉ ｉｃ ｉ，ａ ｄ ｕ ｅ ｈｅａ ｔｖ ｌｍｐ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｈ ｒｖ ｒｃｒ ｕｉ ｔ ｅ ｕ ｅｔ ｅ ｒ ｔ ｆｃ ａ ｇ ｆｔ ｏ — ｆｔ ｅ ｍａｎ ｃ ｒ ｕｔ ｎ ｓ ｓｔ ｃｉ ｅ ｃａ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｅ ｉｃ ｔ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ａｅ ｏ ｈ ｎ ｅ ｏ ｉ ｈｅ ｃ ｌ
（ 中国矿业 大 学信 电学院 ，江 苏 徐 州 ，２ １０ ） ２０８
摘要 ：本文针对开 关磁 阻电机 （ Ｒ Ｓ Ｍ）功率变换器 中的 ＩＢ Ｇ Ｔ在关 断时出现的尖峰 电压进行 了分析 ，就如何 抑制 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ关断尖峰 电压提 出了解决方法 ，并分别从 减小主电路杂散 电感和减 小 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ关断时电流 的变化率 两个 方面出发 ，在 结构上使 用多组 电解 电容和 叠层母排 ，以便减 小换 流回路 ，从 而减 小杂散 电感。在驱 动方 面使 用 有 源嵌位技术 ，减 小 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ关断时的电流变化率。 关键词 ：开关磁 阻；功率 变换 器；尖峰 电压 ；有源嵌位
ｓ ｐ ｒ ｓ ＧＢ ｕ ｎ —ｏｆｖ ｌ ｇ ｐ ｋ ．Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｎ ｔａ ｄ ｃ ａ ｃ ｆ ｉ ｉ ｕ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔ ｕ ｐ ｅ ｓＩ Ｔ ｔ ｒ ｆ ｏｔ ｅ ｓ ｉ ｅ ｈ ａ ｅ ，ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｕ ｉ ｇ ｓ ｙ ｉ ｕ ｔｎ ｅ ｏ ｎ ｃｒ ｉ ｎ ｈ ａ ｅ ａ ｒ ｎ ｍａ ｃ ｏ ｈ ｎ ｅｏ ｅｃ ｌ ｃｏ ｕｒｎ ｔ Ｇ Ｔ ｔｒ ｆｃ ａ ｇ ｆｔ ｏｌ ｔｒｃ ｒｅ ｔ Ｂ ｕ ｎ—ｏ ｏｔ ｇ ｐ ｋ ，ｄ ｓ ｕ ｓ ｓｕ ｉ ｇ ｍｕ ｉ ｌ ｅｓ ｏ ｌ ｃｒ ｌｔ ａ ｈ ｅ ａ Ｉ ｆ ｖ ｌ ｅ ｓ ｉ ｅ ｉ ｓ ｅ ｓｎ ｈ ｐｅ ｓ ｔ ｆｅｅ ｔ ｙｉ ｃ — ａ ｃ ｏ ｃ ｐ ｃｔ ｒ ｎ ａ ｎ ｔ ｄ ｂ ｓ ｂ ｒｉ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ｉ ｒ ｅ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｃ ｍｍｕ ａ ｉｎ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｈ ｔ ｙ ｉ ｄ ｃ ａ ｃ ａ ｉ ｓ ａ ｄ ｌ ｍｉ ａｅ ｕ ａ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｏ ｎ ｕ ｏ ｔ ｔ ｉｃ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｓｒ ｎ ｕ ｔｎ ｅ ｏ ａ
开关电源的尖峰处理及其抑制方法
开关电源的尖峰处理及其抑制方法电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
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大，所以需要进一步改进。
图 4 两种功率器件模块的原理图
机电元件
2012 年
部分组成： 两块铜排磁通自交链产生的内电感 Li
以及磁通穿过两块铜排包围面积所造成的外电感 Le。内部电感为［6］：
所以，主电路的结构设计和叠层母排的设计以 及利用有源嵌位的驱动电路，可以使 IGBT 关断时 产生的尖峰电压变得很小，有利于保护 IGBT。
图 12 IGBT 关断时的 VCE 试验波形
4结论
本文从影响 IGBT 关断时的尖峰电压的两个因 数出发，在结构上利用多组电解电容，使电解电容 与功率模块所组成的换流面积基本为 0，即磁场环 路很小，再加上使用叠层母排使正负电流进一步抵 消磁场，大大减小主电路中的杂散电感。在驱动上 使用有源嵌位技术驱动，使 IGBT 在关断时的集电
压，uovershoot 是尖峰电压。
u overshoot
=
Lstray
×
di dt
（ 2）
式中，Lstray 包括主电路母排上的电感 L1 和 L2 和功率器件和电解电容内部的电感。
3 尖峰电压的抑制
由公式 （ 2） 可知，影响尖峰电压有两个方面 因素，即电路的杂散电感和关断 IGBT 时电流的变 化率。
表 1 叠层母排的参数
l 340mm
w 326mm
d 0． 5mm
t 1． 5mm
利用公式 （ 3） 和 （ 4） 可以得到整个电路叠 层母排的杂散电感为 84nH，功率模块使用英飞凌 FF1000R17IE4 模块，内部的杂散电感为 10nH，主 电路使用六个功率模块。每个电解电容的杂散电感 为 15nH。
（ 公式 2） 。这可能导致 u0 ＞ ucemax ，损坏 IGBT。
u0 = ud + uovershoot
（ 1）
式中，u0 是 IGBT 两端的电压，ud 是电源 电
图 3 回路面积示意图
为了使杂散电感比较小，一般选择使用 IGBT 和续流二极管集成的功率器件，使用的两种器件原 理图如图 4 所示。
在电路杂散电感方面，功率器件模块和电解电 容的内部电感在器件选择好之后是确定的。所以， 尽量选择寄生电感较小的器件。主电路母线电感主 要受两个方面的影响：
⑴、导线的选择： 一般选择铜排，铜排所引起 的自感和互感都比一般的导线要小得多。
⑵、直流侧电解电容与功率器件所包围的回路 面积。由电磁理论可知，一个闭合回路中电感的大 小主要与磁路的环路面积有关，所以要尽量减小回 路面积。
第1 期 2012 年 2 月
试验与检测
机电元件 ELECTROMECHANICAL COMPONENTS
Vol. 32 No. 1 Feb. 2012
开关磁阻电机功率变换器 IGBT 关断电压尖峰的分析与抑制
丁小刚 ，程晶晶 （ 中国矿业大学信电学院，江苏 徐州，221008）
摘要： 本文针对开关磁阻电机 （ SRM） 功率变换器中的 IGBT 在关断时出现的尖峰电压进行了分析，就如何
极电流的变化率变小，从而减小尖峰电压。用仿真 和试验验证了本文的结构设计，叠层母排设计是可 行的。
抑制 IGBT 关断尖峰电压提出了解决方法，并分别从减小主电路杂散电感和减小 IGBT 关断时电流的变化率两个
方面出发，在结构上使用多组电解电容和叠层母排，以便减小换流回路，从而减小杂散电感。在驱动方面使用
有源嵌位技术，减小 IGBT 关断时的电流变化率。
关键词： 开关磁阻； 功率变换器； 尖峰电压； 有源嵌位
Keywords： switched reluctance； power converter； spike voltage； active clamp
1引言
开关磁阻电机调速系统 （ SRM） 因结构简单、 坚固，以及电力电子技术和控制技术的大力发展得
到了迅速发展。功率变换器是开关磁阻电机调速系 统的关键部分，在大功率功率变换器中，IGBT 安 全稳定的工作对整个系统起着极其重要的作用。由 于 IGBT 关断的时候电流变化率很大，会因为主电
根据分析可知，要减小主电路母线电感，主要 解决直流侧电容与功率器件所包围的回路面积问 题，在结构上尽量减小回路面积。
图 1 v1 和 v2 导通时的电流流向
图 2 v1 和 v2 关断时的电流流向
尖峰电压的产生是由于流过 v1 和 v2 的电流在 关断瞬间变为 0，电流变化率很大。在这种情况
下，电路中的杂散电感就会引起比较大的尖峰电压
图 8 有源嵌位技术驱动电路原理图
IGBT 关断时的典型电压、电流以及驱动电压 波形如图 9 所示。从图中可知，不加有源嵌位技术 的驱动电路，尖峰电压得不到抑制。带有有源嵌位 技术的驱动电路，在 IGBT 关断时的电压、电流以 及驱动电压波形如图 10 所示。现在，大功率 IGBT
最佳驱动门极电阻的范围为 0． 1 ～ 10 欧姆。关断 时，驱动提供 － 10v 的电压。可是，当有尖峰电压 超过嵌位二极管的击穿电压时，有源钳位电路暂时 提高门极电压来减小集电极电流的变化率，以便减 小尖峰电压。
Doi： 10． 3969 / j． issn． 1000 － 6133． 2012． 01． 0010
中图分类号： TM92
文献标识码： A 文章编号： 1000 － 6133（ 2012） 01 － 0036 － 05
Analysis and suppressing of IGBT turn － off voltage spike of power converter
第1 期
丁小刚等： 开关磁阻电机功率变换器 IGBT 关断电压尖峰的分析与抑制
39
的实用性。所以，这个简单的方法是不适合大功率 功率器件模块。
使用有源嵌位技术的驱动能够有效的减小 di / dt。有源嵌位就是利用瞬态抑制二极管在门极和集 电极电位之间建立直接反馈，如图 8 所示。如果集 电极与发射极之间的电压超过了嵌位二极管的击穿 电压，电流通过反馈通道流向 IGBT 的门极，增加门 极的电压，这样可以使集电极电流的变化率减小。
3 仿真分析与实验验证
3． 1 仿真分析 利用电路仿真软件搭建电路模型，把叠层母排
的杂散电感和功率器件的杂散电感加到理想电路 中。主电路是 380v 的交流电通过大功率二极管整 流。所以，叠层母排的电压为 537v 左右。IGBT 关 断时，CE 两端的电压波形如图 11 所示： 叠层母排 的参数如下表：
⑴、缓冲电路的设计［5 － 6］： 缓冲电路应用在功 率较大时占用很大的空间，而且会影响功率器件的 散热。所以，为了使结构方面简单，缓冲电路只使 用无感电容。
⑵、驱动电路的设计： 可以增加驱动电阻 Rg， 减小关断速度［7］，即减小 di / dt。但是，这样增加 了关断损耗和关断的时间，降低了大功率功率器件
2 功率变换器关断尖峰电压的分析
IGBT 的尖峰电压主要发生在 IGBT 关断的时 候，对关断时的状态进行分析。
图 1 是功率 变 换 器 一 相 的 电 路［1 － 2］，其 中 L1 和 L2 是主电路母排上面的电感。当 v1 和 v2 都开通 的时候，电流 i 通过 v1 和 v2 ，如图 1 所示； 当 v1 和 v2 都关断的时候由于电流不能突变，电流会通 过续流二极管 vd1 和 vd2 续流，如图 2 所示，即二 极管 vd1 和 vd2 会导通。这时，加在 v1 和 v2 两端的 电压是电源电压和尖峰电压之和 （ 公式 1） （ 续流 二极管的导通压降远远小于电源电压可以忽略） 。
DING Xiao － gang，CHENG Jing － jing （ School of Information and Electrical Engineering of CUMT，Xuzhou Jiangsu 221008）
Abstract： This paper analyses IGBT turn － off spike voltage of power converter，and points out a resolution to suppress IGBT turn － off voltage spike． The paper，based on reducing stray inductance of main circuit and the rate of change of the collector current at IGBT turn － off voltage spike，discusses using multiple sets of electrolytic capacitors and laminated bus bar in the structure in order to reduce the commutation circuit and the stray inductance of the main circuit，and uses the active clamp technique in the driver circuit to reduce the rate of change of the collector current．
绝缘材料在满足耐压要求时厚度越小越好。因 为，它的外部电感在长度和宽度一定时，中间绝缘 层越厚，电感越大，所以必须使用绝缘程度高而且 薄的绝缘材料。
叠层母排还能够降低系统噪音和电磁干扰减少 部件数量，增加系统的可靠性，并具有方便安装和 现场维护以及简洁美观等优点。
关断 IGBT 电流的变化率方面，主要受两个方 面的影响：
收稿日期：2011 － 11 － 26
第1 期
丁小刚等： 开关磁阻电机功率变换器 IGBT 关断电压尖峰的分析与抑制