IGBT关断尖峰电压抑制方法的研究
开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制
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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。
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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变频 ＷＷＷ． ｃ ｈ ｉ ｎａ ｂ ｉ ａ ｎ ｐ ｉ ｎ． ｃ ｏ ｎ ｒ
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
如何抑制IGBT集电极过压尖峰
如何抑制IGBT集电极过压尖峰
无
【期刊名称】《变频器世界》
【年(卷),期】2022()8
【摘要】引言IGBT关断时,集电极电流Ic迅速减小到0,急剧变化的di/dt流经在系统杂散电感,产生感应电压ΔV。
ΔV叠加在母线电压上,使IGBT承受高于平常的电压应力。
哪怕这电压尖峰时间很短,也可能对IGBT造成永久性损坏。
di/dt与IGBT芯片特性有关,也与关断时器件电流有关。
当器件在短路或者过流状态下关断时,集电极电压过冲会格外大,有可能超过额定值,从而损坏IGBT。
【总页数】4页(P38-41)
【作者】无
【作者单位】英飞凌工业半导体
【正文语种】中文
【中图分类】TN3
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5.基于门极电压调制的大功率IGBT过压尖峰抑制
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不间断电源中的IGBT关断过电压抑制
不间断电源中的IGBT关断过电压抑制
吴涛;陈功;曹志辉
【期刊名称】《电工电气》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】由于电路中杂散电感及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反并联二极管浪涌电
压的影响，IGBT在关断过程中会产生过电压尖峰。
分析了IGBT关断过程，提出
了一种由过电压采样电路和动态过电压抑制电路构成的有源IGBT过电压抑制电路方案，并对该方案进行仿真及实验，结果表明，该过电压抑制电路能有效抑制IGBT过电压产生，防止IGBT过电压损坏，提高了UPS电源的可靠性和工作效率。
【总页数】5页(P28-32)
【作者】吴涛;陈功;曹志辉
【作者单位】中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙 410014;中
国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙 410014;广东电网公司韶关
供电局，广东韶关 512028
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
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驱动与吸收电路对IG B T 失效的影响
李宝成3
摘 要 文章分析了驱动和吸收电路对功率器件IG B T 开关过程的影响及其失效
原因,提出了应采取的措施。
关键词 IG B T 驱动 吸收中图分类号 TM133 文献标识码 A 文章编号 1004—6429(2002)02—
57—02
功率半导体器件是电能转换的关键器件,而IG B T 又是功
率器件中目前发展最快且很有发展前途的一种混合器件,由于其具有开关速度快、驱动功率小、电流容量大、电压等级高且价格低等优点,使其应用范围越来越广泛,特别在开关电源、逆变焊机、U PS 、变频调速器等领域中更是大量应用。
在功率较大的电力电子设备中,主电路的形式一般均采用桥式电路,而在桥式电路中,功率器件IG B T 的驱动及吸收电路对其能否正常可靠使用起着至关重要的作用。
驱动及吸收
电路的参数设计合理,可以大大延长IG B T 的使用寿命,提高设备的可靠性。
否则,将会使IG B T 经常失效,甚至无法工作。
一、驱动及吸收电路对IG B T 开关过程的影响
笔者在进行开关电源设计时,使用了如图1所示的主电路。
1.不同参数对驱动波形的影响
图1 主电路
Influencing F actors of the Porosity in Welding of
Chrome -Nickel Austenic Stainless Steel
Zhang Xinbao ,et al.
ABSTRACT :This paper expounds the regulations of the influence of the moisture ,crystallizing mode of weld joint ,droplet
transfer ,nonmetallic inclusion and other factors in the welding agent of Chrome -Nickel Austenic stainless steel welding rod.
KE Y WOR DS :Chrome -Nickel Austenic stainless steel porosity influencing factor
3 工程师,太原市公共交通总公司汽车一公司,030012太原
收稿日期:2002-01-28
・
75・山西科技2002年第2期□实用技术 SY J S
在图1所示主电路中,对驱动及吸收参数进行了不同的选择试验,即对R G 、R X 、C X 的取值进行了不同的选择,以下对几种选择试验情况分别说明。
(1)驱动较快,吸收较轻,驱动负压较小
取R G 值较小,R X 值较大,C X 值较小。
试验过程中,先不加主电路中的V 2,使控制及驱动电路正常输出,然后再使V 2从0逐渐升高,并随时观察IG B T 的GE 间波形,我们发现其GE 间的波形随V 2的变化而有所变化。
IG B T 的GE 间波形在其同一桥臂的另一只管子开通时产生了较高的电压尖锋,且V 2值越高,其尖峰越高。
在V 2升至一定值时,其尖峰值甚至高至使IG B T 导通的程度,从而产生同一桥臂的共导,使IG B T 失效,无法正常工作。
值得注意的是,富士、三菱等公司的驱动厚膜电路,为防止保护误动作,均设有一定的保护盲区。
所以在上述电路参数的试验中,由于尖峰较窄,共导时间很短,保护电路无法动作,使IG B T 多次受过电流冲击而失效。
由于所选参数无法使IG B T 正常工作,故此电路参数根本不能进入运行试验。
(2)驱动较快,吸收较轻,驱动负压较大R G 、R X 、C X 的取值同(1),使IG B T 的GE 间波形的负电压增大。
试验步骤同上。
观察IG B T 的GE 间波形,其在另一只管子开通时的尖峰值虽然绝对值未小,但由于驱动负压增大,使其值下降,不时出现较高的尖峰。
虽然IG B T 可工作,但长期运行仍很不可靠,故也未对其进行运行试验。
(3)驱动较快,吸收较重,驱动负压较小取R G 值较小、R X 值较小、C X 值较大,试验步骤同(1)。
IG B T 的GE 间波形在V 2升至额定值后,其同一桥臂的另一只管子开通造成的尖峰很小,IG B T 可正常工作,对此电路参数进行了运行试验。
(4)驱动较慢,吸收较轻,驱动负压较大取R G 值较大、R X 值较大、C X 值较小。
试验步骤同(1)。
IG B T 的GE 间波形在V 2增加至额定值后,其尖峰仍能保证在0V 以下,IG B T 可正常工作,对其进行了运行试验。
2.不同参数对IG B T 失效的影响
在上述所进行的各种参数的试验中,我们发现,(1)所用参数IG B T 必然失效;(2)所用参数,虽然IG B T 可以工作,但也存在使IG B T 失效的危险;(3)所用参数在运行试验中发现其吸收电阻R X 非常热,且在运行期IG B T 失效比较频繁;(4)所用参数
经运行试验,其吸收电阻损耗较小,IG B T 在运行期内未发现失效。
3.IG B T 失效的原因分析
在(1)所用参数的试验中,对IG B T 的失效已作分析,即由于上、下桥臂共导造成对IG B T 的重复过流使IG B T 失效。
(2)所用参数的失效原理同(1)。
现只对(3)所用参数的失效原因进行分析。
如图2,以IG B T1开通为例分析,IG B T1在开通过程中,由于其GE 间电压下降,引起C X1通过R X1和IG B T 的放电电流I 1及通过IG B T 1和R X2对C X2的允电电流I 2。
因为(3)新选参数中,R X1、R X2较小,C X1、C X2较大,所以,C X1、C X2上贮存的电能较大,且允放电阻尼较小,引起IG B T 在开通过程中较大的电流尖峰I 1+I 2,对IG B T 而言,由于开关电源负载呈感性,所以此时负载电流的影响还较小。
由于开通时电流尖峰较大,
造成较大的开通应力,久之使IG B T 失效。
图2 IG B T 失效原因分析电路图
由于(4)所选R X 值较大,C X 值较小,故C X 上贮存电能较少,IG B T 开通过程中的电流尖峰较小,维持时间也较短,减少了开通应力,使IG B T 可安全运行。
二、结论
IG B T 在应用时,其驱动电压上升不能太慢,但也不宜太快,驱动电压上升速率太高,需要较重的吸收电路才能使IG 2B T 正常工作,但同时也增大了开关应力,使器件寿命缩短。
所以选择适宜的驱动电压上升速率、较轻的吸收电路参数,能使器件长期可靠工作。
如能采用零电压零电流开关技术,效果会更佳。
Influence of Drive Circuit and Absorption Circuit on F ailure of IGBT
Li B aocheng
ABSTRACT :This paper analyses on the influence of drive circuit and absorption circuit on switching process of power device of
IG B T and on the causes of failures ,and puts forward some countermeasures should be taken.
KE Y WOR DS :IG B T drive absorption
・
85・□实用技术 SY J S
山西科技2002年第2期。