缓冲吸收电路
第四节电力电子器件的缓冲电路?缓冲电路概述；
?关断缓冲电路介绍；
?开通缓冲电路介绍；
?几种缓冲电路的应用实例介绍:
–a) 用于晶闸管的RC吸收电路，
–b)用于大功率晶体管的充放电式RCD吸收
电路
–c)用于IGBT的箝位式RCD吸收电路。
补充题1
一台GTO直流斩波器，已知电源电压为
1500V，工作电流为1000A。开关频率为1kHz。管子要求电压上升率不超过100V/μs。今采用充放电式RCD缓冲吸
收电路，试求电容值和电阻的功率。(不考虑杂散电感）
补充题2
改为IGBT斩波器，采用箝位式缓冲
吸收电路。电容为10 μF，开关频率仍
为1kHz。关断后电容电压尖峰为1800V。试估算线路漏感，求吸收电阻上的功率。
芯片IO缓冲及ESD设计
芯片I/O缓冲及ESD电路设计 摘要：文章详细介绍了基于C MOS的芯片I/O缓冲电路分类，功能，电路及版图设计的一些考虑以及芯片引脚的静电保护问题。 关键词：I/O；缓冲电路；静电保护；CMOS 针对引脚的输入输出缓冲（I/O buffer）电路设计，也可以称为输入输出接口（I/O interface）电路设计，是一颗完整芯片设计中不可或缺的组成部分，但是详细论述其设计规则的文章或者著作在国内却比较鲜见，这对初学者或者没有这方面经验的工程师无疑会造成困惑。本文以CMOS工艺为例，较全面的论述I/O缓冲电路设计中各种考虑，可以作为芯片引脚输入输出电路设计的一个参考。 根据I/O缓冲电路应用目标的不同，可将其分为输入、输出等几类，详见表1。 表1 I/O缓冲电路的分类 输出缓冲（是个大驱动器，他将信号输出芯片） 输出缓冲电路的功能要求能够驱动大的片外负载，通常为2～50pF，并且提供适当的上升/下降时间。一组连续的大尺寸的缓冲器（buffer）对驱动能力的提高是有益的。大尺寸的管子容易受闩锁效应(latch-up)的影响，在版图设计时建议采用保护环(Guardrings)保护以避免闩锁效应，如图1-1所示。在图中，用P+作为内保护环，而N+作为外保护环(In n-well)。
图1-1缓冲器 一种常见的输出电路如图1-2所示，En是输出电路的使能信号，Dout是输出数据，MOS管组合的功能如图中所示。当En为低而Dout有效时，A、B均为高电平，输出Y为低，且由外向里看为高阻抗状态，如果Dout未定，则Y为高阻。需要注意的是，最后输出级的管子尺寸要大到能够提供足够的电流源或电流沉并且减少延迟时间。其负面影响是电流变化率（di/dt）变大而使穿过输出点到封装的压焊线上的L（di/dt）噪声增大，从而导致较大的片上噪声。 图1-2常用的输出缓冲电路 在高性能的芯片中，如32位的微处理器，如果多个I/O输出驱动电路工作状态相似时，L(di/dt)噪声可能逐步增强，会影响芯片速度。图1-3通过加入一个闸控制信号(ST)，并结合时序的控制，可以减小L（di/dt）噪声。
缓冲电路笔记
有源滤波装置中逆变电路的设计 夏向阳 在三相桥式逆变电路 PWM 调制控制中，IGBT 模块由于开关速度快，开关 频率高，动态损耗较大，关断过程中功率管上有时会出现危险的过电压，造成功 率管的损坏.产生过电压主要有2个原因:关断浪涌电压和续流二极管恢复浪 涌电压?关断浪涌电压是在关断瞬间因流过IGBT 的电流被切断而产生的瞬态 高压；而当续流二极管恢复反向阻断能力时会产生与关断浪涌电压相似的浪 涌电压?如图1所示电路中，当上桥臂的IGBT 模块IGBT1开通时,流过感性负载 的电流IL 不断增加.当该IGBT 关断时,感性负载中的电流不可能发生突变，它必 然通过下桥臂IGBT 模块的续流二极管VD2流通.如果电路是理想的，即不存在 寄生的杂散电感,IGBT1关断时其上的电压VCE1只会上升到比母线电压Ud 高 出一个二极管的压降值，随后VD2导通防止电压进一步增加. 图1线路杂散寄生电感对的影响 但在实际的功率电路中线路上存在有寄生的杂散电感 ，可以在图 电路中增加一个总值为LS 的漏电感以模拟线路杂散电感的影响?当IGBT1关 断时,电感LS 阻止负载电流向VD2切换,在该电感两端产生阻止母线电流减少 的电压VS(VS=LS *dLS/d 电压的极性如图1所示,它与直流电源母线电压相叠 加并以浪涌电压的形式加在IGBT1的两端.在极端情况下，该浪涌电压会超过 IGBT1的额定值而导致它的损坏.续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相 似的浪涌电压? 2.1缓冲回路的设计 线路因杂散电感会产生的瞬态浪涌高压，这种浪涌电压如果不加以抑制, 可能会造成功率开关器件的损坏?而减少这种浪涌电压的途径有 2种,一是采 用层状母线结构，降低母线寄生漏电感；另一种方法是安装缓冲电路?缓冲电路 在IGBT 关断时工作，起到提供旁路的作用，从而达到抑制尖峰电压的目的，同 时还可以减小功率器件的开关损耗?因为引起功率电路上产生瞬时冲击电压 的能量正比于1 /2LSi2[5]这里的LS 为母线寄生电感,i 为主电路工作电流.在保 证工作电流i 大小不变的条件下，为了降低这种能量，就必须减少主电路的寄 生电感.因此选用了具有如下片状结构的IGBT 如图2所示.通过与宽排母线相 JU1T R 1GRF2 一I vr TGBT2 VD2 1所示 I k
RC缓冲电路snubber设计原理
RC缓冲电路snubber设计原理 RC 缓冲snubber 设计 Snubber 用在开关之间，图4 显示了RC snubber 的结构图，用RC 电路可以降低管子的峰值电压及关断损耗和降低电流振铃现象。我们可以轻松选择一个snubber Rs ，Cs 网络，但是我们需要优化设计以达到更好的缓冲效果 快速snubber 设计，为了达到Cs 〉Cp ，一个比较好的选择是Cs 选择两倍大小的Cp ，也就是两倍大小的开关管寄生电容及估算出来的LAYOUT 布板电容，对于Rs ，我们选择的标准是Rs=Eo/Io ，这表示通过电流流向Rs 的所产生的电压不能比输出电压还大。消耗在Rs 上的电压大小我们可以通过储存在Cs 上的能量来估计。下式表示了储存在电容上的能量。 当电容Cs 充放电的过程中，能量在电阻Rs 上消耗，而这个过程中在一个给定的开关频率下平均的功率损耗如下所得： 因为振铃的发生，实际的功耗比上式要稍微大一些。 如下将用实例来演示一遍以上的简化设计步骤，现在用IRF740 ，额定工作电流时Io=5A ，Eo=160V ，IRF740 的Coss=170pF ，布板寄生电容大概40pF ，两倍Cp 值大概420pF 左右，我们选择一个500V 的mike snubber 电容，标准的容值有390 和470pF ，我们选择比价接近的390pF ， Rs=Eo/Io=32W ，开关频率fs 设为100kHz 的话，Pdiss 大概为1W 左右，选择一个寄生电感非常小的 2 W 的碳膜电阻作为Rs 。
如果这种简化而实际有效的设计方法还不能有效减小峰值电压，那么我们可以增加Cs ，或则使用如下的优化设计方法。 优化的RC 滤波器设计 在一些情况下必须降低峰值电压及功率损耗很严重，我们可以借鉴以下的优化snubber 设计方法，以下是W.McMurray 博士在一篇文章提出的经典的Rcsnubber 优化设计方法，如下讨论其精粹的设计步骤。 在以下讨论中我们需要如下表的定义：
缓冲电路的设计
基于IGBT逆变桥缓冲电路的设计 对于不同的电力电子器件，缓冲电路的功能有所不同。IGBT的缓冲电路有其自身特点：1、IGBT的安全工作区范围较大，不需要保护抑制二次击穿极限，只需控制瞬态电压；2、一般应用中，IGBT的工作频率较高，在每次开关过程中缓冲电路都要通过IGBT或自身放电，可能带来较大的损耗。 对于像IGBT这种高频开关器件，线路杂散及分布电感可起到开通缓冲的作用；另外，在大容量的应用中，由于经常用于感性负载，也可起到开通缓冲的作用。IGBT的工作频率经常高达20-50kHz，即使大容量应用一般也在5kHz，因此很小的电路电感就可能引起很大的Ldi/dt，从而产生过电压危及IGBT的安全，故IGBT的缓冲电路的功能更侧重于开关过程中过电压的吸收和抑制。 1 IGBT逆变桥无源无损缓冲电路的提出 1.1传统的IGBT逆变桥RCD缓冲电路 图1是用于IGBT逆变桥的几种常用的缓冲电路。 图a)是最简单的单电容电路，适用于小容量的IGBT模块，对于抑制瞬变电压非常有效且成本较低。由于电路中无阻尼元件，随功率增大，易与线路杂散电感产生LC震荡，故应选择无感电容或串入电阻。 图b)是一个单元RCD缓冲电路，由于其中的快恢复二极管可钳位瞬变电压，从而可抑制谐振的发生。但随着功率等级的进一步加大，这种电路的回路寄生电感会变得很大，以至不能有效控制du/dt，因此，一般用于小容量IGBT逆变桥。 图c)是钳位式RCD缓冲电路，是实际应用较多的缓冲电路。该电路将电容上过冲能量部分送回电源，因此损耗较小，被认为是适合大功率IGBT的缓冲电路。 (a) (b) (c) 图1三种常用的IGBT缓冲电路
缓冲电路设计及仿真
1 缓冲电路作用 缓冲电路一般并联在开关器件两端，主要有抑制过电压、降低器件损耗、消除电磁干扰的作用。 1) 抑制过电压 逆变器高频工作时，开关器件快速开通、关断。由于主电路存在杂散电感，器件在开关过程中，急剧变化的主电路电流会在杂散电感上感应出很高的电压，使器件在关断时承受很高的关断电压。在器件关断时，主电路杂散电感上会产生与直流电压同向的感应电压 p di L dt ，若无缓冲电路，则该电压会加在器件两端形成过电压，当该电压超过器件额定电压时，器件损坏。此外，反并联二极管在反向恢复时产生的di/dt 也会导致较高的过电压。 2) 降低器件损耗 已知器件的功耗由下式决定： 01T P uidt T = ? (1.1) 在电路中增加缓冲电路，可以改变器件的电压、电流波形，进而降低损耗。从下图可知，在 没有缓冲电路时，电压快速升至最大值，而此时电流依然是最大值，此时的损耗最大。加入缓冲电路后，避免了电压、电流出现同时最大值的情况，损耗得以降低。 U DS 无缓冲电路 U DS I D I D 有缓冲电路 3) 消除电磁干扰 电路运行时，在没有缓冲电路的情况下，器件两端电压会发生高频振荡，产生电磁干扰。采用缓冲电路，可抑制器件两端电压的高频振荡，起到减小电磁干扰的作用。 因此，降低或消除器件电压、电流尖峰，限制dI/dt 或dV/dt ，降低开关过程中的振荡以及损耗，我们在逆变器中设计缓冲电路，以保证器件安全可靠工作。 2 杂散电感的测量与计算 设计缓冲回路之前，首先需要确定杂散参数的量。杂散电感是特定电路布局的结果，不容易计算出来，我们一般采用测量的方法来确定杂散电感的大小。在没有任何缓冲回路时，用示波器观察器件关断时的振荡周期T1；接着，在开关管两端并联一个值确定的电容，即测试电容test C ，重新测量器件关断时的振荡周期T2。则杂散电感可由下式得出：
缓冲电路设计及仿真
1缓冲电路作用 缓冲电路一般并联在开关器件两端，主要有抑制过电压、降低器件损耗、消除电磁干扰的作用。 1)抑制过电压 逆变器高频工作时，开关器件快速开通、关断。由于主电路存在杂散电感，器件在开关过程中，急剧变化的主电路电流会在杂散电感上感应出很高的电压，使器件在关断时承受很 高的关断电压。在器件关断时， ， 若无缓冲电路，则该电压会加在器件两端形成过电压，当该电压超过器件额定电压时，器件损坏。此外，反并联二极管在反向恢复时产生的di/dt也会导致较高的过电压。 2)降低器件损耗 已知器件的功耗由下式决定： (1.1) 在电路中增加缓冲电路，可以改变器件的电压、电流波形，进而降低损耗。从下图可知，在没有缓冲电路时，电压快速升至最大值，而此时电流依然是最大值，此时的损耗最大。加入缓冲电路后，避免了电压、电流出现同时最大值的情况，损耗得以降低。 3)消除电磁干扰 电路运行时，在没有缓冲电路的情况下，器件两端电压会发生高频振荡，产生电磁干扰。采用缓冲电路，可抑制器件两端电压的高频振荡，起到减小电磁干扰的作用。 因此，降低或消除器件电压、电流尖峰，限制dI/dt或dV/dt，降低开关过程中的振荡以及损耗，我们在逆变器中设计缓冲电路，以保证器件安全可靠工作。 2杂散电感的测量与计算 设计缓冲回路之前，首先需要确定杂散参数的量。杂散电感是特定电路布局的结果，不容易计算出来，我们一般采用测量的方法来确定杂散电感的大小。在没有任何缓冲回路时，用示波器观察器件关断时的振荡周期
T1 ，重新测量器件关 断时的振荡周期T2。则杂散电感可由下式得出： (2.1) 杂散电容为： (2.2) 为无缓冲电路时的振荡频率。 3缓冲电路分类 缓冲电路主要分为如下三类，分为C型缓冲电路、RC型缓冲电路、RCD型缓冲电路。 图C缓冲电路适用于小功率等级的IGBT，对瞬变电压非常有效且成本较低。但这种缓冲电路随着功率等级的增大，会与直流母线寄生电感产生振荡。RCD型缓冲电路则可以避免这种情况，由于快恢复二极管可以箝位瞬变电压，从而抑制谐振产生。在功率等级进一步增大时，此种缓冲电路的回路寄生电感会变得很大，导致不能有效控制瞬变电压。因此在大功 的设计。
IGBT无损缓冲吸收电路设计
IGBT无损缓冲吸收电路设计 1 IGBT无损吸收网络 工作在硬开关方式下的IGBT，若不断地提高其工作频率会引起以下问题。 1）开关损耗大。开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升 和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高 而急速增加。 2）感性关断电压尖峰大。当器件关断时，电路中的感性元件感应出尖峰电压。开关频率 愈高，关断愈快，该感应电压愈高。此电压加在开关器件两端，易造成IGBT模块击穿。3）容性开通电流尖峰大。当开关器件在很高的电压下开通时，储存在开关器件结电容中 的能量将以电流形式全部耗散在该器件内。频率愈高，开通电流尖峰愈大，从而会引起IGBT器件过热损坏。另外，二极管由导通变为截止时存在着反向恢复期，开关管在此期间的开通动作易产生很大的冲击电流。频率愈高，该冲击电流愈大，对器件的安全运行造成 危害。 4）电磁干扰严重。随着频率提高，电路中的di/dt和du/dt增大，从而使电磁干扰增大，影响变换器和周围电子设备的工作。 上述问题严重妨碍了开关器件工作频率的提高，降低变换器的效率，并危及开关器件的安 全可靠工作。近年来开展的软开关技术研究为克服上述缺陷提供了一条有效途径。软开关 工方式与硬开关工作方式不同，理想的零电流软关断过程是电流先降到零，电压再缓慢上 升到断态值，所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已下降到零，解决了感性关断 问题。理想的零电压软开通过程是电压先降到零后，电流再缓慢上升到通态值，所以开通 损耗近似为零，器件结电容上的电压亦为零，解决了容性开通问题。同时，开通时二极管 反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题亦不存往。di/dt和du/dt的降低使得EMI问题得以解决。 软开关技术实际上是利用电容与电感缓冲吸收原理，使开关器件中电流（或电压）按正弦 或准正弦规律变化。当电流过零时，使器件关断；当电压过零时，使器件开通-实现开关损耗为零。 软开关技术在改善功率开关器件工作状态方面效果明显，使电力变换器的高频化成为可能，提高了功率器件工作的可靠性和安全性，实现了开关器件的软开关，使开关器件的电压、 电流应力减小，在减小电力变换器的体积、重量以及降低电磁干扰方面效果明显。 1．缓冲吸收原理 缓冲电路（阻容吸收电路）主要用于抑制模块内部的IGBT单元的过电压和du/dt或者过 电流和di/dt，同时减小IGRT的开关损耗。由于缓冲电路所需的电阻、电容的功率、体积都较大，所以在IGBT模块内部并没有专门集成这部分电路，因此，在实际的系统中设有 缓冲电路，通过电容可把过电压的电磁能量变成静电能量储存起来，电阻可防止电容与电
RC缓冲电路的优化设计
RC缓冲电路的优化设计 【摘要】电子电路中对RC缓冲电路进行设计是一个很有挑战性的课题。对RC缓冲电路的深入认识与理解是进行优化设计的基础，在设计过程中，对于参数的选择也是需要相当谨慎的。只有在此基础上，才能够展开对缓冲电路的优化设计。在设计的过程中，在关键的时刻，也要抓住时机采取紧要措施。在一定的实验条件下，采取特定的行动，也是优化设计得以实现地保证。在电子工程设计的过程中，抓住要关键地抓住这几点，才可以很好地解决缓冲电路的优化设计这一关键性问题。 【关键词】RC缓冲电路;参数选择;电路设计 引言 随着现代电子工程技术地不断发展，对RC缓冲电路的优化设计这一需求越来越迫切。T同时，在设计的过程中，对设计师的才能也表现出了极大的考验。因为设计者不仅要考虑到施工时的可行性问题以及安全性问题，还要考虑到该设计所带来的利润。因此，一个良好的电路优化设计，不仅是对设计师的才能肯定，更是对企业的正常生产产生特别重要的影响。企业决策者通过正确合理地选择使用电路采用高质量的设计电路，不仅可以确保企业进行安全生产，并给企业带来丰厚的利润。 1.RC缓冲电路概述 对于我们该怎么优化设计缓冲电路的问题，分析并利用电路中的电流特性这种方法可以派上用场。我们知道，在电流通过电路的过程中，电路会发生一定地反应，在此反应中，电流的相关特性就会表现出来。我们可以根据这些特性来进行设计。我们可以在电容电压保持不变的基础上，对电压的变化进行控制。我们知道，在实验过程中，电感的电流是不会突变的，我们可以据此控制电流变化。在实验的过程中，我们每次把开关断开时，电流是不可以发生突变的，积蓄电感中的能量对开关的寄生电容充电的同时，也会合理地通过吸收电阻对吸收电容充电。我们知道，只要有电阻存在，就会有阻抗。电阻越大，相应的阻抗也就越大。吸收电阻越大，总的阻抗也就变得越大。就在开关闭合的那一刹那，吸收电容马上就开始通过回路来进行放电。这个时候，之前产生的电阻就会阻碍电流的放电。我们利用电子科学中电感和电容所具有的特性，由于电感的稳流和电容的稳压，它们就是在主开关上又加了一条路让电流通过，也就是与它们并联。这样就不会发生电压瞬时变高的情况，从而实现了电路缓冲。 2.目标电路的设计 2.1 相关参数的选择 其基本参数选择公式如下：
IGBT缓冲电路总结
IGBT缓冲电路总结1、缓冲电路的类型及用途 1.1个别缓冲电路类型 1.3 集中缓冲电路
1.4集中缓冲电路的特点及用途 以RCD 缓冲吸收电路为例，其中应用的元件需要结合实际的情况进行选择。其中的吸收电容Cs 的选择可以采用下面的公式： () 2020c pk s s U U I L C -= 电路中的电阻Rs 不宜过大，如太大Cs 放电时间过长，电不能完全放掉。但Rs 太小，在器件导通时，RsCs 放电电流过大、过快，可能危及器件的安全，也可能引起振荡。一般的，电阻选择参考下面的公式： sw s s f C R ?=61 其中，LS ：主电路电感，主要是没有续流时的杂散电感；Upk ：C S 上的最大充电电压； U C0：电源电压；Io ：负载电流；f sw ：开关频率。 需要注意的是，电容应该选择无感电容；电阻要注意它的功耗，应选择相应的功率电阻；吸收模块的制作要注意绝缘。 缓冲二极管过渡时正向电压降减小是关断时尖峰电压产生的主要原因之一；另外，缓冲二极管逆向恢复时间直接影响到缓冲吸收电路的开关损耗。因此，应该选择过渡正向电压低，逆向恢复时间短、逆向恢复特性较软的二极管，缓冲吸收回路也应直接连接到IGBT 相应的端子上。 串联栅极电阻Rg 也是相当重要的参数， IGBT 的开通和关断是通过栅极电路的充放电来实现的，因此栅极电阻值将对IGBT 的动态特性产生极大的影响。数值较小的电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小开关时间和开关损耗,同时增强了du/ dt 耐量，但与此同时，它只能承受较小的栅极噪声，并导致栅极 —发射极电容,同栅极驱动导线的寄生电感产生振荡问题。所以合理选用Rg 是很重要的，在低频应用情况下，开关损耗不成为一个重要问题，可适当提高Rg 以保证潜在的振荡问题，一般来说IGBT 容量越大，Rg 选用越小。
电压关断型的缓冲电路分析及设计方法
电压关断型缓冲电路分析及设计方法 摘要：本文介绍了抑制电压上升率模式和电压钳位模式关断型缓冲电路(RCD Snubber)的设计方法，对其中一些理论与实践上认识较模糊的原理进行了简单分析，并给出了简单方便的电路设计与相关损耗的计算公式，最后通过实验证实了理论分析的正确性。 关键词：缓冲器；抑制电压上升率；电压钳位 引言 近年来Snubber电路有了较大的发展，但目前其性能并未得到合理优化，其应用也不尽如人意。这主要是由于现场应用人员并未十分重视RCD Snubber的基本类型、相关特性及使用场合的限制，也不重视RCD Snubber电路的理论分析，只是凭经验和实际工程调试，这在一定程度上降低了工程设计的工作效率。 基于上述原因，本文较深入地讨论了两种常用模式的RCD Snubber电路：抑制电压上升率模式与电压钳位模式，详细分析了其各自的工作原理，给出了相应的计算公式，最后通过实验提出了电路的优化设计方法。 RCD Snubber电路的 基本类型及其工作原理 RCD Snubber是一种能耗式电压关断型缓冲器，分为抑制电压上升率模式和电压钳位模式两种类型，习惯上前者称为RCD Snubber电路，而后者则称为RCD Clamp电路。 为了分析方便，以下的分析或举例均针对反激电路拓扑，开关器件为功率MOSFET。 图1 常用的RCD Snubber电路
抑制电压上升率模式 对于功率MOSFET来讲，其电流下降的速度较GTR或IGBT快得多，其关断损耗的数值要比GTR或IGBT小，但是这个损耗对整个小功率的电源系统也是不容忽视的。因此提出了抑制电压上升率的RCD Snubber。 如图1所示，在开关管关断瞬间，反激变压器的漏感电流需要按原初始方向继续流动，该电流将分成两路：一路在逐渐关断的开关管继续流动；另一路通过Snubber电路的二极管Ds 向电容Cs充电。由于Cs上的电压不能突变，因而降低了开关管关断电压上升的速率，并把开关管的关断功率损耗转移到了Snubber电路。如果Cs足够大，开关管电压的上升及其电流的下降所形成的交叉区域将会进一步降低，可以进一步降低开关管的关断损耗。但是Cs 的取值也不能过大，因为在每一个关断期间的起始点(也就是开通期间的结束点)，Cs必须放尽电荷以对电压上升率进行有效的抑制；而在关断期间的结束点，Cs虽然能降低开关管电压的上升时间，但其端电压最终会达到()(为忽略漏感时的电压尖峰，为次级对初级的反射电压)。 图2反激式变换器的Clamp电路
(推荐)RC吸收电路
缓冲电路（独立运行光伏发电系统功率控制研究-----内蒙古工业大学硕士论文） 开关管开通和关断理论上都是瞬间完成的，但实际情况开关管关断时刻下降的电流和上升的电压有重叠时间，所以会有较大的关断损耗。为了使IGBT 关断过程电压能够得到有效的抑制并减小关断损耗，通常都需要给IGBT 主电路设置关断缓冲电路。通常情况下,在设计关于IGBT 的缓冲电路时要综合考虑从IGBT 应用的主电路结构、器件容量以及要满足主电路各种技术指标所要求的IGBT 开通特性、关断特性等因素。 选用RCD 缓冲电路，结构如图4-5所示。 对缓冲电路的要求：尽量减小主电路的电感；电容应采用低感吸收电容；二极管应选用快开通和快速恢复二极管，以免产生开通过电压和反向恢复引起较大的振荡过电压。 （1）缓冲电容的计算 ()500.850.5184 ce s r f ce I C t t uF V =+=?= （2）缓冲电阻的计算 0.55029.4330.283on s s t us R C uF ?===Ω? （3）缓冲二极管的选择 选用快速恢复二极管ERA34-10，参数为0.1A/1000V/0.15us 。 继电器RC 加吸收单元起到什么作用？ 接触器和继电器在断电时，线圈释放瞬间会产生一个浪涌脉冲，这个浪涌电压对某些敏感电子装置会有干扰，造成电子装置误动作或故障，因此在接触器和继电器线圈并联一个阻容吸收器来吸收这个脉冲。 一般安装吸收单元的接触器或继电器都是因为在他的同一电路中存在敏感电子电路，这些电路对浪涌脉冲比较敏感，所以这类电路中的接触器或继电器才加装吸收单元，吸收继电器线圈释放产生的脉冲和浪涌，避免电子电路的故障或误动
电力电子吸收电路
缓冲电路的作用与基本类型 1、缓冲电路的作用与基本类型 电力电子器件的缓冲电路(snubber circuit)又称吸收电路，它是电力电子器件的一种重要的保护电路，不仅用于半控型器件的保护，而且在全控型器件（如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等）的应用技术中起着重要的作用。 晶闸管开通时，为了防止过大的电流上升率而烧坏器件，往往在主电路中串入一个扼流电感，以限制过大的di/dt，串联电感及其配件组成了开通缓冲电路，或称串联缓冲电路。晶闸管关断时，电源|稳压器电压突加在管子上，为了抑制瞬时过电压和过大的电压上升率，以防止晶闸管内部流过过大的结电容电流而误触发，需要在晶闸管的两端并联一个RC网络，构成关断缓冲电路，或称并联缓冲电路。 GTR、GTO等全控型自关断器件在实际使用中都必须配用开通和关断缓冲电路；但其作用与晶闸管的缓冲电路有所不同，电路结构也有差别。主要原因是全控型器件的工作频率要比晶闸管高得多，因此开通与关断损耗是影响这种开关器件正常运行的重要因素之一。例如，GTR在动态开关过程中易产生二次击穿的现象，这种现象又与开关损耗直接相关。所以减少全控器件的开关损耗至关重要，缓冲电路的主要作用正是如此，也就是说GTR和功率MOSFET用缓冲电路抑制di/dt和du/dt，主要是为了改变器件的开关轨迹，使开关损耗减少，进而使器件可靠地运行。 图1(a)是没有缓冲电路时GTR开关过程中集电极电压uCE和集电极电流i C的波形，由图可见开通和关断过程中都存在uCE和iC同时达到最大值的时刻；因此出现了瞬时的最大开关损耗功率Pon和Poff，从而危及器件的安全。所以，应采用开通和关断缓冲电路，抑制开通时的di/dt，降低关断时的du/dt，使uCE 和iC的最大值不会同时出现。 图1(b)是GTR开关过程中的uCE和iC的轨迹，其中轨迹1和2是没有缓冲电路的情况，开通时uCE由UCC（电源电压）经矩形轨迹降到0，相应地i C由0升到ICM；关断时iC由ICM经矩形轨迹降到0，相应地uCE由0升高到UCC。不但集电极电压和电流的最大值同时出现，而且电压和电流都有超调现象，这种情况下瞬时功耗很大，极易产生局部热点，导致GTR的二次击穿而损坏。加上缓冲电路后，uCE和iC的开通与关断轨迹分别如3和4所示，由图可见，其轨迹不再是矩形，避免了两者同时出现最大值的情况，大大降低了开关损耗，并且最大程度地利用于GTR的电气性能。
缓冲电路笔记
有源滤波装置中逆变电路的设计_夏向阳 在三相桥式逆变电路PWM调制控制中,IGBT模块由于开关速度快,开关频率高,动态损耗较大,关断过程中功率管上有时会出现危险的过电压,造成功率管的损坏.产生过电压主要有2个原因:关断浪涌电压和续流二极管恢复浪涌电压.关断浪涌电压是在关断瞬间因流过IGBT的电流被切断而产生的瞬态高压;而当续流二极管恢复反向阻断能力时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压.如图1所示电路中,当上桥臂的IGBT模块IGBT1开通时,流过感性负载的电流IL不断增加.当该IGBT关断时,感性负载中的电流不可能发生突变,它必然通过下桥臂IGBT模块的续流二极管VD2流通.如果电路是理想的,即不存在寄生的杂散电感,IGBT1关断时其上的电压VCE1只会上升到比母线电压Ud高出一个二极管的压降值,随后VD2导通防止电压进一步增加. 但在实际的功率电路中线路上存在有寄生的杂散电感,可以在图1所示电路中增加一个总值为LS的漏电感以模拟线路杂散电感的影响.当IGBT1关断时,电感LS阻止负载电流向VD2切换,在该电感两端产生阻止母线电流减少的电压VS(VS=LS *dLS/dt),电压的极性如图1所示,它与直流电源母线电压相叠加并以浪涌电压的形式加在IGBT1的两端.在极端情况下,该浪涌电压会超过IGBT1的额定值而导致它的损坏.续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压. 2.1缓冲回路的设计 线路因杂散电感会产生的瞬态浪涌高压,这种浪涌电压如果不加以抑制,可能会造成功率开关器件的损坏.而减少这种浪涌电压的途径有2种,一是采用层状母线结构,降低母线寄生漏电感;另一种方法是安装缓冲电路.缓冲电路在IGBT关断时工作,起到提供旁路的作用,从而达到抑制尖峰电压的目的,同时还可以减小功率器件的开关损耗.因为引起功率电路上产生瞬时冲击电压的能量正比于1 /2LSi2[5].这里的LS为母线寄生电感,i为主电路工作电流.在保证工作电流i大小不变的条件下,为了降低这种能量,就必须减少主电路的寄生电感.因此选用了具有如下片状结构的IGBT,如图2所示.通过与宽排母线相
电容模块在缓冲电路中的应用
摘要：讨论了 IGBT模块缓冲电 路的缓冲原理，给 出了三种通用的 IGBT缓冲电容， 并介绍了美国CDE公司的三种电容模块的基本参数和特点以及在缓冲电路中的应用。 关键词：IGBT 缓冲电容电容模块 1 引言 众所周知，在电力电子功率器件的应用电路中，无一例外地都要设置缓冲电路，即吸收电路。因为全控制器件在电路工作时莫名其妙损坏的原因虽然很多，但缓冲电路和缓冲电容选择不当是不可忽略的重要原因所在。 2 缓冲原理 电路中器件的损坏，一般都是在器件在开关过程中遭受了过大的di/dt、du/dt或瞬时功耗的冲击而造成的。缓冲电路的作用就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态时的过电压，以降低器件开关损耗来确保器件的安全。 图1所示为GTR在驱动感性负载时的开关波形。不难看出，在开通和送断过程中的某一时刻，GTR集电极电压Uc和集电极电流ic将同时达到最大值，此时瞬时功耗也最大。加入缓冲电路可将这一开关功耗转移到相关的电阻上消耗掉，从而达到保证器件安全运行的目的。 典型复合式缓冲电路如图2所示。当GTR关断时，负载电流经缓冲二极管D向缓冲电容C充电，同时集电极电流ic逐渐减少。由于电容C两端电压不能突变，所以有效地限制了GTR上集电极电压的上升率du/dt，也避免了集电极电压Uc和集电极电流ic同时达到最大值。而GTR 集电极上的母线电感以及缓冲电路元件内部的杂散电感在GTR开通时储存的能量LI2/2，将转换成CV2/2储存在缓冲电容C中。因此当GTR开通时，集电极母线电感以及其它杂散电感，又有效地限制了GTR集电极上的电流上升率di/dt，从而也避免了集电极电压Uc和集电极电流ic同时达到最大值。这样，缓冲电容C通过外接电阻R和GTR开关放电，以使其储存的开关能量在外接电阻和电路元件内部电阻上消耗掉。从而将GTR运行时产生的开关损耗转移到缓冲电路，并在相关电阻上以热的形式消耗掉，经达到保护GTR安全运行的目的。
电路主要参数的设计
3 电路主要参数的设计 3.1 高频变压器的设计 （1）输出功率：次级主电路输出为500W ，次级辅助输出，一路为18V ，电流为2A ，另一路为12V ，电流为2A ，总的输出： W P o 5602*122*18500=++= 设效率80%η=，则 输入功率： W P P o i 700% 80560 == = η 根据输入功率选择EE55磁芯 设工作频率为38kHz ，则3 1 26.338*10 T us = ≈ 取占空比D=0.4，则 *26.3*0.410.52on T T D us === 取on T =10us （2）计算初级直流输入电压 对于单相交流电容滤波，直流电压约为交流输入电压有效值的1.2倍，则： dc V =ac V *1.2=220V*1.2=264V （3）计算初级电感p L 变压器初级绕组中的平均电流 A I DC 65.2264 700 ≈=则 变压器初级绕组中的峰值电流 A D I I DC p 25.132*4 .065 .22*=== 变压器初级电感量 mH I T V L p on DC p 199.025 .1310*10*264*6 ≈==- （4）计算原边匝数 为防止变压器进入饱和区，留有裕量，取B ?=0.3T ，EE55磁芯中心柱的面积为3402mm 6 6 *264*10*1025.9*0.3*340*10dc on p e V T N B A T --==≈?匝，取为26匝（后来调试时实绕25匝） （5）计算次级匝数
初级绕组每伏匝数 264 1026 dc p V n N = =≈伏/匝 次级主绕组匝数 240 2410sm N = =匝 每一半绕组为12匝 两辅助输出匝数 8.11018 1==S N 匝 取为2匝 S212N 1.210 ==匝 取为2匝 （6）线径的选择。 变压器次级峰值电流 26 * 13.25* 14.3524 p smp p sm N I I A N ==≈ 已知，初级电流的峰值为p I 的三角波，有效值为 (13.25 *0.632 4.831.732 rms I = =≈初级） A 若取23/A mm 则所需导线面积 24.83 1.613 S mm = = 为了减小集肤效应带来的影响，采用20.47mm 线来绕 则 1.61 3.430.47 n = ≈匝 留有裕量，6匝并绕 同样的方法可以计算次级主绕组6匝并绕，两个辅助输出6匝并绕。 3.3吸收电路设计 图 7 吸收电路 开关管高频工作时，每周期内的关断重叠损耗是损耗的主要部分，用来减小开关管关断重叠损耗的电路叫做关断缓冲电路。
RC缓冲电路snubber设计基本知识
RC 缓冲电路 snubber 设计原理 RC 缓冲snubber 设计 Snubber 用在开关之间，图 4 显示了RC snubber 的结构图，用RC 电路可以降低管子的峰值电压及关断损耗和降低电流振铃现象。我们可以轻松选择一个snubber Rs ，Cs 网络，但是我们需要优化设 计以达到更好的缓冲效果 快速snubber 设计，为了达到Cs 〉Cp ，一个比较好的选择是 Cs 选择两倍大小的Cp ，也就是两倍大小的开关管寄生电容及估算出来的LAYOUT 布板电容，对于Rs ，我们选择的标准是 Rs=Eo/Io ，这表示通过电流流向Rs 的所产生的电压不能比输出电 压还大。消耗在Rs 上的电压大小我们可以通过储存在Cs 上的能量来估计。下式表示了储存在电容上的能量。 当电容Cs 充放电的过程中，能量在电阻Rs 上消耗，而这个过程中
在一个给定的开关频率下平均的功率损耗如下所得：
因为振铃的发生，实际的功耗比上式要稍微大一些。 如下将用实例来演示一遍以上的简化设计步骤，现在用IRF740 ，额定工作电流时Io=5A ，Eo=160V ，IRF740 的Coss=170pF ，布板寄生电容大概40pF ，两倍Cp 值大概420pF 左右，我们选择一个500V 的mike snubber 电容，标准的容值有390 和470pF ，我们选择比价接近的390pF ，Rs=Eo/Io=32W ，开关频率fs 设为100kHz 的话，Pdiss 大概为1W 左右，选择一个寄生电感非常小的 2 W 的碳膜电阻作为Rs 。 如果这种简化而实际有效的设计方法还不能有效减小峰值电压，那么我们可以增加Cs ，或则使用如下的优化设计方法。 优化的RC 滤波器设计 在一些情况下必须降低峰值电压及功率损耗很严重，我们可以借鉴以
IGBT的瞬态保护和缓冲电路Yue
IG BT的瞬态保护和缓冲电路 杨岳峰,张奕黄 (北京市北方交通大学电气工程学院,北京市 100044) 摘 要:IG BT绝缘栅双极性功率晶闸管是M OS管同双极性晶体管结合的产物,一般的IG BT模块都是几合一或一个IG BT一个续流二极管集成而成,IG BT的栅压不能过高,过高很容易击穿,所以IG BT的门极都并联两个反并联15V～18V的稳压二极管。同时由于人体电容很小,积累少量电荷就能产生高压,所以尽量避免用于触摸IG BT的引脚,同时,在IG BT没有接入电路中长期放置时,应将其门极同阴极短路,在使用中要尤其注意IG BT的瞬态保护,否则很有可能损坏IG BT。 关键词:IG BT;缓冲吸收回路 在IG BT的使用过程中,致其损坏的原因主要有两个: (1)当IG BT关断感性负载时,由于电感电流不能突变,集射极间电压Uce会上升至很高的数值;当IG BT导通时,寄生电容通过IG BT放电,从而产生较大的电流浪涌;反并联二极管两端电压异常升高,达到(1+k)U,其中U为IG BT两端的电压,k为电压增大倍数。 (2)由于负载短路引起流过IG BT集电极和发射极的电流异常增大而损坏。 有资料表明,第一种故障会造成IG BT开关功率损耗过大,引起整个芯片过热,最终导致 IG BT损坏。 第二种故障会引起IG BT栅极附近局部过热而损坏, 所以为保护IG BT,针对上述故障应采用不同的保护。 IG BT的缓冲吸收电路功能侧重于开关过程中 过电压的吸收与抑制,这与IG BT工作在高频状态下 有关。缓冲吸收电路的结构有多种,包括全部器件 紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓 冲电路两大类。其中,表1是单独安装的特点,表2 为整块安装的特点。 总谐波偏差定义为总的谐波的均方差与基波的 均方差的比值。图7表示的是在逆变和整流时谐波 标么,在开始端可以看到谐波很大,但工作平稳后谐 波很少,在中间有突出的尖刺,这时正处于由逆变向 整流转变的中间过程。 图7 逆变工作模式到逆变工作模式的总谐波标么 从总体上来看,仿真波形与理论分析能很好地 吻合,验证了控制方法的正确性。在实际电路的设 计上还有许多需要注意的地方,如主电路布局、防止 电磁干扰以及功率模块的散热等。而且,由于电路 需要的传感器较多,故装置成本较高。进一步研究 的重心将集中到如何应用先进的控制方法来减少传 感器的数量。 参考文献: [1] Jai P.Agrawal.POWER E LECTRONIC SY STE MS THE ORY AND DE2 SIG N.北京:清华大学出版社. [2] K W ON B.H.,MIN B.D.A fully s oftware-controlled PW M rectifier with current link[J].IEEE T rans,1993,IE-40,pp355-363. [3] 黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京:机械工业出版 社. [4] 董晓鹏,王兆安.具有快速动态响应的单位功率因数PW M整流 器[J].西安交通大学学报,1997,31(11):77-82. [5] NABAE A.,W ARA S.O.,IW AG I Y.A novel current scheme for current controlled PW M inverters[J].IEEE T rans.,1986,IA-22,pp. 697-701. □
正激式RC吸收电路计算
摘要：开关电源中缓冲电路性能的好坏直接影响到系统的品质。文中给出了一种结构简单、安装方便的RC缓冲电路的设计方法，该方法不仅能降低开关管的关断损耗，而且还能降低变压器的漏感和尖峰电压。 0 引言 在带变压器的开关电源拓扑中，开关管关断时，电压和电流的重叠引起的损耗是开关电源损耗的主要部分，同时，由于电路中存在杂散电感和杂散电容，在功率开关管关断时，电路中也会出现过电压并且产生振荡。如果尖峰电压过高，就会损坏开关管。同时，振荡的存在也会使输出纹波增大。为了降低关断损耗和尖峰电压，需要在开关管两端并联缓冲电路以改善电路的性能。 缓冲电路的主要作用有：一是减少导通或关断损耗；二是降低电压或电流尖峰；三是降低dV／dt或 dI／dt。由于MOS FET管的电流下降速度很快，所以它的关断损耗很小。虽然MOSFET管依然使用关断缓冲电路，但它的作用不是减少关断损耗，而是降低变压器漏感尖峰电压。本文主要针对MOSFET管的关断缓冲电路来进行讨论。 1 RC缓冲电路设计 在设计RC缓冲电路时，必须熟悉主电路所采用的拓扑结构情况。图1所示是由RC组成的正激变换器的缓冲电路。图中，当Q关断时，集电极电压开始上升到2Vdc，而电容C限制了集电极电压的上升速度，同时减小了上升电压和下降电流的重叠，从而减低了开关管Q的损耗。而在下次开关关断之前，C必须将已经充满的电压2Vdc放完，放电路径为C、Q、R。 假设开关管没带缓冲电路，图1所示的正激变换器的复位绕组和初级绕组匝数相同。这样，当Q关断瞬间，储存在励磁电感和漏感中的能量释放，初级绕组两端电压极性反向，正激变换器的开关管集电极电压迅速上升到2Vdc。同时，励磁电流经二极管D流向复位绕组，最后减小到零，此时Q两端电压下降到Vdc。