IGBT过电压产生机理分析及RC缓冲电路的设计

由于IGBT经常工作于高频状态,因此对其关断过电压的抑制就显得尤为重要。对IGBT关断过电压的产生机理进行了分析,对常用的3种缓冲电路进行简单介绍,并且重点对RC缓冲电路的工作原理及参数确定进行了理论分析。搭建了用于测试IGBT动态特性的电路模型,并通过Multisim对RC缓冲电路进行了仿真与分析,验证了RC缓冲电路的吸收特性。

移相全桥变换器中RC缓冲电路对系统影响机理与优化研究

移相全桥ZVS变换器副边整流二极管电压应力较高,需要设计缓冲电路来保证系统性能。然而,加入RC缓冲电路的变换器在某种工作模式下近似为LCL三阶谐振系统,导致接近开关频率的谐振甚至在整流二极管两侧产生更高的电压应力。通过建立移相全桥ZVS变换器在能量传输模式期间的等效电路模型,揭示RC缓冲电路对系统稳定性产生影响机理及电路参数对振荡的影响规律,通过分析选取合理的RC缓冲电路参数,不仅有效降低整流二极管电压应力,同时抑制由缓冲电路带来的振荡问题,进而提高系统的效率。设计了一个3.2 k W(10 A,320 V)的实验样机,验证了理论分析的正确性。

基于RC阻容吸收的串联IGCT动态均压研究

为了研究串联IGCT关断时暂态特性,建立了串联IGCT的关断电流数学模型,该模型考虑了所串联的同一型号半导体开关器件物理特性存在的细微差异。基于此模型,提出了用微分方程研究串联IGCT电路关断的均压特性的思路。为验证该思路的有效性,建立了基于串联IGCT斩波电路的关断暂态模型,该模型充分考虑了IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能较好地反映串联IGCT关断的均压情况。

全桥逆变弧焊主电路中RC缓冲电路的分析与设计

在续流回路中续流二极管的开通与关断均产生负载的巨大变化,会给线路带来一定的di/dt,它与变压器的漏感、吸收回路电感以及杂散在线路中的电感作用,会形成电压浪涌,给IGBT带来电压冲击,这不利于IGBT的可靠工作。如果续流二极管始终处于关断状态,则在IGBT上不产生过电压,这种关断轨迹有利于IGBT可靠工作。建立了全桥主电路中IGBT关断期间的数学模型,求解该模型得到Uce数学解析式,得到变压器的漏感越小,IGBT的Uce电压越小的结论。根据具体的主电路参数,计算出合理开关轨迹下的RC缓冲电路中的电阻值,根据缓冲回路电阻的功率限制和开关轨迹的要求计算缓冲电容值,通试试验证明了IGBT关断期间的数学模型是正确的。

基于MOSFET的直流电子辅助断路器设计及开断性能优化方法研究

为提高传统机械式塑壳断路器(mechanical molded case circuit breaker,MCCB)的开断容量和开断速度,提出了使用金属—氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)改进传统MCCB拓扑的方法,设计了一款新型混合式直流断路器,通过电力电子换流电路辅助MCCB切断直流短路故障电流。该拓扑能够将电力电子换流电路的故障电流承受时间限制到100~200μs,利用功率等级较低的开关元件即可实现与混合式直流断路器相近的开断性能,因而能够大幅降低断路器研制成本。其次,设计了一种改进的RC缓冲回路,可将关断电压尖峰由30 kV抑制到600 V,由此通过保护拓扑中的MOSFET来提升断路器的稳定性、延长其电寿命。最后对所设计的新型混合式直流断路器拓扑建立仿真模型,功能验证结果证实了该方案的可行性和有效性。

船用电子设备中开关电源的电磁辐射

为研究RC缓冲电路对开关电源电磁辐射的影响,对buck型开关电源基本电路进行仿真,对比加入RC缓冲电路前后开关节点处的谐振波形,通过傅里叶变换分析RC缓冲电路对电磁辐射的影响规律。通过分析得到以下结论:RC缓冲电路在低频段可有效降低buck型开关电源的电磁辐射水平,在高频段反而会使电磁辐射增强;减小RC缓冲电路与二极管构成的回路面积可降低buck型开关电源的电磁辐射水平。通过试验验证结论的正确性,可为开关电源中RC缓冲电路的使用提供参考。

金属氧化物限压器用于晶闸管器件串联均压保护的研究

串联应用的大功率晶闸管器件目前均采用并联阻容吸收回路作为串联均压保护措施,但在某些应用领域,阻容吸收回路存在不适用性。文中提出了一种晶闸管器件串联均压保护的新方法,在每个串联晶闸管器件两端并联设置具有良好非线性特性的金属氧化物限压器,来限制晶闸管开通、关断过冲电压。经过理论分析、仿真研究和试验验证,初步论证了该方法的可行性。

DC/DC变换器输出整流桥寄生振荡机理分析与抑制

在考虑变压器漏感和二极管寄生参数的基础上,建立了隔离式DC/DC变换器变压器次级整流桥换流时的等效模型,并依据该模型分析了变换器输出整流桥寄生振荡的产生机理。讨论了各电路参数对寄生振荡的影响规律,介绍了几种抑制寄生振荡的常用方法,并分析了各自的优缺点。实验表明,在所设计的13kW移相全桥ZVZCS变换器中采用RC缓冲电路,可有效抑制输出整流桥上的寄生振荡。

针对碳化硅器件的高频逆变器缓冲电路设计

由于大功率、高频高温等运行环境的需求,碳化硅(SiC)器件成为新一代半导体器件的代表,但其尖峰问题一直制约着这一新型器件的发展。以SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)为研究对象,着重从逆变器中运用SiC器件的方面来进行尖峰问题的研究,分析了SiC MOSFET在开关过程中产生尖峰和振荡的原因,通过增加RC缓冲电路的方法对SiC的尖峰和振荡问题进行优化,结果证明RC缓冲电路可以降低SiC器件产生的尖峰和振荡。通过多组实验进行数据曲线的拟合,确定了RC缓冲电路中缓冲电容与缓冲电阻的关系表达式。

单端正激焊接系统的分析

开关管在开通、关断时存在过充电压和过充电流,针对开关电源数字控制焊接系统的电弧质量进行了分析和研究,提高了焊接系统电弧质量、稳定性和可靠性。主要分析了单端正激逆变焊接系统中开关管工作时尖峰电压和尖峰电流,并提出了相应的解决办法。通过理论分析、仿真和试验可知,RC吸收电路能抑制开关管的过充电压和过充电流,从而确保焊接系统的电弧质量。

发电机转子过电压保护试验仿真分析

针对发电机转子过电压保护试验是否要退出RC缓冲回路的问题,进行了RC回路投入与解开两种情况下的试验,并在仿真平台上搭建同样参数的模型进行仿真试验。结果表明,仿真试验结果与现场试验结果一致。在此基础上,进一步分析了RC回路与试验电源频率对转子过电压试验的影响。试验及仿真表明,转子过电压保护试验时应将RC缓冲回路解开。本文的试验分析及其结论可为同类型转子过电压保护装置的试验提供参考。

抑制DC/DC BOOST电路尖峰电压及振铃噪声的设计与应用

针对开关电源DC/DC BOOST电路易出现电磁辐射偏高甚至超标问题,通过对升压转换电路及其电磁辐射产生机理研究,提出一种DC/DC BOOST电路系统中寄生电容容值的确定方法及基于RC吸收电路的振铃噪声抑制方法,通过对RC吸收电路的元件参数进行计算取值并实测,测试数据显示,电路系统中尖峰电压有效降低2.2%,振铃噪声已无限趋近于0,电磁辐射峰值可有效降低4.2 dB;同时该方法不影响电路系统稳定性且成本低廉,契合大规模产业化设计需求,可有效提高产品开发效率。