1、8.1 吸收电路的功能与类型吸收电路的功能与类型 8.2 二极管的吸收电路二极管的吸收电路 8.3 晶闸管吸收电路晶闸管吸收电路 8.4 功率晶体管的吸收电路功率晶体管的吸收电路 8.5 关断吸收电路关断吸收电路 第八章第八章 吸收电路吸收电路8.6 过电压吸收电路过电压吸收电路 8.7 导通吸收电路导通吸收电路 小结小结8.8 桥路结构的吸收电路桥路结构的吸收电路 8.9 GTO吸收电路的考虑吸收电路的考虑 首首 页页下 页返回8.1 吸收电路的功能与类型吸收电路的功能与类型1.在器件关断瞬间，限制器件上的电压；在器件关断瞬间，限制器件上的电压；2.在器件导通瞬间，限制流过器件中的电流；在器
2、件导通瞬间，限制流过器件中的电流；3.在器件导通时，通过不同器件组合限制电流上升在器件导通时，通过不同器件组合限制电流上升率；率；电力电子器件的开关过程中，将施加在变流器中电力电力电子器件的开关过程中，将施加在变流器中电力电子器件上的电气威胁降低到器件的额定值以内。电子器件上的电气威胁降低到器件的额定值以内。 l吸收电路的功能吸收电路的功能 下 页上 页返 回4.在器件关断期间，或器件重新施加前向阻断电压在器件关断期间，或器件重新施加前向阻断电压时，能够限制电压上升率；时，能够限制电压上升率；5.在器件导通和关断时，能够改变器件在开关期间在器件导通和关断时，能够改变器件在开关期间的瞬态电压、电
3、流波形。的瞬态电压、电流波形。吸收电路分类吸收电路分类 无极性串联无极性串联 R-C 吸收电路。吸收电路。有极性的串联有极性的串联R-C吸收电路。吸收电路。有极性的有极性的L-R吸收电路。吸收电路。 下 页上 页返 回l谐振型吸收电路谐振型吸收电路开关威胁的缓解可以开关威胁的缓解可以由许多经典的电力电由许多经典的电力电子变流电路实现。子变流电路实现。 吸收电路是附加在基本变流器上的辅助电路，根吸收电路是附加在基本变流器上的辅助电路，根据应用情况的不同，吸收电路既可以单独使用，也据应用情况的不同，吸收电路既可以单独使用，也可以组合起来使用。可以组合起来使用。减轻电力电子器件在减轻电力电子器件在开
4、关过程中的威胁。开关过程中的威胁。l吸收电路的作用吸收电路的作用 下 页上 页返 回8.2 二极管的吸收电路二极管的吸收电路 UdLs sTiLs sRsIoDfCsiDf-uDf+附加在二极管上附加在二极管上的吸收电路是为了的吸收电路是为了最大限度的减小过最大限度的减小过电压。电压。端，以保护二极管免遭过电压的冲击。端，以保护二极管免遭过电压的冲击。 RsCs串联电路通串联电路通常跨接在二极管两常跨接在二极管两下 页上 页返 回Irr0tIoiDfsLudtdidG 二极管的反向恢复电流假定像图中所示那样逐二极管的反向恢复电流假定像图中所示那样逐渐关断，同时假定负载是感性的，在开关过程中，渐
5、关断，同时假定负载是感性的，在开关过程中，其电流保持恒定值其电流保持恒定值I0不变。不变。 下 页上 页返 回8.2.1 容性吸收电路容性吸收电路 l容性吸收电路容性吸收电路 在在RsCs串联吸收电路中串联吸收电路中令令Rs=0时的吸收电路。时的吸收电路。 二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-F二极管关断时的二极管关断时的等效电路，假定图等效电路，假定图中的开关为理想开中的开关为理想开关。关。 下 页上 页返 回f选取二极管在反向恢复电流的峰值时刻关断，选取二极管在反向恢复电流的峰值时刻关断，并将此时刻在时间轴上定为并将此时刻在时间轴上定为t
6、=0，此时的电感的初，此时的电感的初始电流为始电流为Irr，吸收电路中电容上的初始电压假设为，吸收电路中电容上的初始电压假设为零。零。 二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-下 页上 页返 回UdLs sTiLs sCs+uCs-F图中等效电路图中等效电路Rs=0，此时，此时电容电压与二极管参考电压电容电压与二极管参考电压方向相反，根据电路原理的方向相反，根据电路原理的基本概念知，此时的电路方基本概念知，此时的电路方程为：程为： t)sin(CLIt)cos(UU(t)u0srr0ddCss0CL1 自然谐振自然谐振角频率角频率下 页上 页返
7、回t)sin(CCt)cos(1U(t)u0sbase0dCs根据式根据式2drrbaseUILC， s0CL1 t)sin(CLIt)cos(UU(t)u0srr0ddCs式式可以表示为：可以表示为： uCs(t)的最大值为：的最大值为：sbasedCsCCUU11max.下 页上 页返 回0tUdiLs s (t)IrruCs(t)uCs.maxdUdtdiLs二极管反向最高电压与采用下式计算得到的最大值二极管反向最高电压与采用下式计算得到的最大值UCs.max一样，当一样，当Cs取较小值时，二极管的最高电压就取较小值时，二极管的最高电压就会变得很大。会变得很大。sbasedCsCCUU1
8、1max.FCs=Cbase下的电容下的电容电压电压uCs(t)和电感电和电感电流流iLs(t)的波形。的波形。 下 页上 页返 回8.2.2 增加吸收电阻的效果增加吸收电阻的效果 二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-f二极管关断时刻为二极管关断时刻为t=0，电感初始电流为，电感初始电流为Irr，电容，电容的初始电压为零。二极管电压的微分方程为：的初始电压为零。二极管电压的微分方程为：dDfDfssDfsUudtduCRdtudCL22s下 页上 页返 回将边界条件将边界条件srrDfRIu)0(ssLRILURCIdtdusrrdssrrD
9、f2)0(和和 dDfDfssDfsUudtduCRdtudCL22s代入到代入到steICLUtuatrrsdDfcoscos)(得：得：式中，式中，2021aasR2下 页上 页返 回rrasrrdILRIUs2/tan1a1tan02/amtsteICLUtuatrrsdDfcoscos)(方程方程为最大值时所对应的时间为由为最大值时所对应的时间为由duDf/dt=0求解得到：求解得到：下 页上 页返 回得二极管最高反向电压为：得二极管最高反向电压为：将将t=tm代入到式代入到式steICLUtuatrrsdDfcoscos)(mbasesbasessbasedDftRRRRCCUUex
10、p75. 0112max.式中，式中，2drrbaseUILCrrdbaseIUR下 页上 页返 回ttttiLs siDfiCsUduDfuCsRs iCs0G引入电阻引入电阻Rs，谐振的幅值得到有效抑制。二极管，谐振的幅值得到有效抑制。二极管所承受的最高反向电压取决于所承受的最高反向电压取决于Rs和和Cs。当。当Cs确定时，确定时，最高电压随最高电压随Rs变化。变化。下 页上 页返 回basesRR32.4121021dDfUUmaxdrrsUIR Cs = Cbase保持保持Cs的值不变时，的值不变时，Rs的最优值为：的最优值为： Rs=Ropt=1.3Rbase该值可使二极管最高反向电
11、压有效降低。该值可使二极管最高反向电压有效降低。F当当Cs=Cbase时，时，标准化后的二极标准化后的二极管最高电压随管最高电压随Rs/Rbase比值变化比值变化的函数曲线。的函数曲线。下 页上 页返 回301201234basesCC221rrRILWsbaseoptsRR.dUUmax221rrtotILWsRs=Rs.optF吸收电路在不吸收电路在不同参数下的计算同参数下的计算曲线，吸收电路曲线，吸收电路的最优电阻和最的最优电阻和最高电压高电压Umax作为作为Cs的函数形式给出。的函数形式给出。下 页上 页返 回假定二极管是理想的假定二极管是理想的单向导电器件，它没单向导电器件，它没有电
12、能损耗，则电阻有电能损耗，则电阻Rs中所消耗的能量可中所消耗的能量可以认为是电感和电容以认为是电感和电容中所储存的能量：中所储存的能量：22dsrrRUC21IL21Ws301201234basesCC221rrRILWsbaseoptsRR.dUUmax221rrtotILWsRs=Rs.opt下 页上 页返 回301201234basesCC221rrRILWsbaseoptsRR.dUUmax221rrtotILWsRs=Rs.opt当谐振电流达到零时，当谐振电流达到零时，电感中的储能为零，电感中的储能为零，电阻上的压降也为零，电阻上的压降也为零，则储存在则储存在Cs中的能量中的能量为：
13、为：221dsCUCW 下 页上 页返 回301201234basesCC221rrRILWsbaseoptsRR.dUUmax221rrtotILWsRs=Rs.opt储存在电容中的能量储存在电容中的能量等到二极管再次受到等到二极管再次受到正向偏压而导通时得正向偏压而导通时得到释放。二极管在瞬到释放。二极管在瞬间导通，耗散在二极间导通，耗散在二极管和吸收电阻中总能管和吸收电阻中总能量为：量为： basesrrdsrrCRtotCCILUCILWWW212121222ss下 页上 页返 回301201234basesCC221rrRILWsbaseoptsRR.dUUmax221rrtotIL
14、WsRs=Rs.opt当当Cs超过超过Cbase后，后，最高电压值的下降最高电压值的下降速度不高，但消耗速度不高，但消耗的总能量却随着的总能量却随着Cs的增加而线性增加。的增加而线性增加。下 页上 页返 回8.2.3 吸收电路分析吸收电路分析 UdC0 0DRsN2Cs+u0-N1F通过变压器耦合通过变压器耦合的单相二极管整流的单相二极管整流器工作在线性区域。器工作在线性区域。变压器原边的开关变压器原边的开关断开时，二极管开断开时，二极管开始导通始导通 。下 页上 页返 回u0Ls sDiLs sRsiDCs+-12NNUd+-G当变压器原边的开关闭合时，漏电感和二极当变压器原边的开关闭合时，
15、漏电感和二极管中的电流逐渐减小。管中的电流逐渐减小。 下 页上 页返 回RsCsLs s+-iLs s(0)=IrrDuCs(0)=0120NNUudF选择二极管选择二极管Irr快快速返回的时刻作为速返回的时刻作为时间轴的原点，由时间轴的原点，由此所得到的等效电此所得到的等效电路如图所示。路如图所示。 二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-下 页上 页返 回UdLs sTiLs sRsIoDfCsiDf- -uDf+二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-RsCsLs s+ +- -iLs s(0
16、)=IrrDuCs(0)=0120NNUud下 页上 页返 回u0LoutputI0UdN2 2N1 1D2 2D1 1N2 2F假设斩波器工作假设斩波器工作在连续电流模式，在连续电流模式，当变压器原边开关当变压器原边开关断开后，则输出电断开后，则输出电流的一半将从其中流的一半将从其中一个二极管流过。一个二极管流过。 下 页上 页返 回LoutputI0D2 2D1 1u0Rs2Rs1Cs2Cs1Ls siLs sLs s+-+-12NNUd12NNUdf在开关闭合时，如果正电压加在变压器原边，此在开关闭合时，如果正电压加在变压器原边，此时通过时通过D1的电流将增加，流过的电流将增加，流过D2
17、的电流就会减少。的电流就会减少。 下 页上 页返 回Rs2Cs22Ls s+-iLs sD2uCs2(0)=0122NNUdiLs s 0 0 I IrrG二极管二极管D2断流瞬间的断流瞬间的等效电路，每个二极等效电路，每个二极管有一个吸收电路跨管有一个吸收电路跨接在它的两端。接在它的两端。 RsCsLs s+ +- -iLs s(0)=IrrDuCs(0)=0120NNUud下 页上 页返 回UdcLfD4Us50HzCdcLfLs sD3D2D1电网等效电路电网等效电路f二极管二极管D1反向恢复电流被切断后，反向恢复电流被切断后，D4对感性电流对感性电流提供一个通道，二极管提供一个通道，二
18、极管D1上的反向电压可被钳位在上的反向电压可被钳位在直流电容电压直流电容电压Udc的幅值。的幅值。 下 页上 页返 回MOVD4Us50HziLs sLs sD1电网等效电路电网等效电路UdcCdcD3D2f若单相全桥整流器处于连续导通状态，则滤波电若单相全桥整流器处于连续导通状态，则滤波电感放在如图所示的直流侧。感放在如图所示的直流侧。 下 页上 页返 回若交流侧的电抗若交流侧的电抗Xs (= Ls s )为为5%，即表示为：，即表示为：105. 0sssIUX 式中，式中，Us：电源电压的有效值电源电压的有效值 Is1：负载电流基波分量的有效值负载电流基波分量的有效值dI3在在120的理想
19、方波情况下，的理想方波情况下，Is1=4Id / ，根据实际波，根据实际波形的平滑性，可用形的平滑性，可用 近似。近似。 下 页上 页返 回MOVD4Us50HziLs sLs sD1电网等效电路电网等效电路UdcCdcD3D2f一个一个RC吸收电路可用来保护所有的二极管。二吸收电路可用来保护所有的二极管。二极管反向恢复电流的关断速度比极管反向恢复电流的关断速度比50Hz交流输入电源交流输入电源us(t)的变化速度快，在二极管关断时的变化速度快，在二极管关断时us(t)的值可近似的值可近似认为是恒定的直流量。认为是恒定的直流量。下 页上 页返 回8.3 晶闸管吸收电路晶闸管吸收电路 3652a
20、bcucn150HznPN4- +Ls sidubnuan- +- +F三相三相桥式整流桥式整流器电路结器电路结构构下 页上 页返 回 t0 uanubn t1ubn- uan= uba2anbnuuf设晶闸管设晶闸管T1和和T2正处于导通状态，在触发角正处于导通状态，在触发角 时时触发触发T3，此时，电流，此时，电流id将由与将由与a相相连的晶闸管相相连的晶闸管T1向与向与b相相连的晶闸管相相连的晶闸管T3换流，换流电压为换流，换流电压为uba。 下 页上 页返 回UdLs sI0DLL4CdL3L2L5LL1F当当T3导通、导通、T1关关断，在断，在 t1时进入反时进入反向恢复阶段，其电向
21、恢复阶段，其电流为流为iLs=Irr。换流期。换流期间，图中电压源用间，图中电压源用一个在一个在 t1时的时的uba( t1)值代替，在值代替，在整个瞬态过程中，可认为该值为恒定值。整个瞬态过程中，可认为该值为恒定值。 下 页上 页返 回线路阻抗为线路阻抗为5%时，式时，式 变为：变为： 105. 0sssIUX dLLcIULx305. 0s式中，式中，ULL：线电压的有效值：线电压的有效值 Id：负载电流。：负载电流。 T3 导通导通T12Ls sPiLs siT1RsCs+-aF电压源取线电压的最电压源取线电压的最大值大值 ，此时相当，此时相当于于 = 90。 LLU2下 页上 页返 回
22、T3 导通导通T12Ls sPiLs siT1RsCs+-a假定反向恢复时间假定反向恢复时间trr=10m ms，整个换流期间，整个换流期间的换流电压是恒定的换流电压是恒定的的 ，通过晶闸管，通过晶闸管T1的的di/dt为：为： LLU2sLUdtdiLL22下 页上 页返 回并在图中的电流反向恢复期间的电流变化率并在图中的电流反向恢复期间的电流变化率di/dt用用D Di/D Dt Irr/trr表示，因此，表示，因此，将式将式dLLcIULx305. 0s求得的求得的Ls s表达式带入到表达式带入到下式下式sLUdtdiLL22UdLs sTiLs sRsIoDfCsiDf-uDf+dLL
23、drrLLtrrIUItUdtdiIrr077. 01 . 06下 页上 页返 回dLLdrrLLtrrIUItUdtdiIrr077. 01 . 06上式中，上式中，trr的值取的值取10m ms。当。当Cs的取值为的取值为Cbase时，最接时，最接近于系统的最优值。近于系统的最优值。下 页上 页返 回二极管被强制关断二极管被强制关断阴极阴极阳极阳极UdTiLs sRsIrrCs+uCs-RsCsLs s+ +- -iLs s(0)=IrrDuCs(0)=0120NNUud2drrbaseUILC根据右两图和下式根据右两图和下式可以得到：可以得到：2LLrrbaseUILCs下 页上 页返
24、回可得到可得到Ls s的表达式。的表达式。 dLLcIULx305. 0s将将 =314.16代入式代入式中，中，dLLdrrLLtrrIUItUdtdiIrr077. 01 . 06将式将式可得吸收电容的表达式为：可得吸收电容的表达式为： 代入式代入式2LLrrbaseUILCsLLdbasesUIFCC545. 0)(m下 页上 页返 回假定一个电阻的标幺值，使假定一个电阻的标幺值，使Rs=Ropt = 1.3Rbase，Rbase的取值可用的取值可用 计算，再根据式计算，再根据式rrLLIU/2得到：得到：dLLdrrLLtrrIUItUdtdiIrr077. 01 . 06sbased
25、CsCCUU11max.Rs=Ropt可由右式得到，可由右式得到， dLLrrLLoptsIUIURR876.2323 . 1下 页上 页返 回将晶闸管上的电压波形设定将晶闸管上的电压波形设定在在 =90o的触发角处，此时的电的触发角处，此时的电压波形如图所示。每个吸收电压波形如图所示。每个吸收电路中总的能量损耗为路中总的能量损耗为:23LLssnubberUCW将式将式 带入到上式后得：带入到上式后得：LLdsUIC545. 0LLdsnubberUIW610635. 1下 页上 页返 回如果三相变流器的容量用如果三相变流器的容量用kVA表示，则在表示，则在50Hz工作频工作频率时每个吸收电
26、路的功率损耗为率时每个吸收电路的功率损耗为:kVAPsnubber510175. 8 对于任一对于任一trr和交流线路电感可采用类似的方法进和交流线路电感可采用类似的方法进行计算。行计算。较保守的设计方法要求较保守的设计方法要求Cs大于大于Cbase。下 页上 页返 回8.4 功率晶体管的吸收电路功率晶体管的吸收电路 吸收电路吸收电路关断吸收电路关断吸收电路导通吸收电路导通吸收电路过电压吸收电路过电压吸收电路下 页上 页返 回UdLs sI0DLL4CdL3L2L5LL1H含有杂散电感的含有杂散电感的降压斩波电路降压斩波电路导通导通iC理想开关特性理想开关特性Iociucet40t3t2t1t
27、5t6t0关断关断UdG U-I特性特性下 页上 页返 回假定晶体管处于导通状态，导通电流假定晶体管处于导通状态，导通电流ic=I0。设晶体管。设晶体管在在t0时刻关断，关断期间晶体管电压开始上升，在时刻关断，关断期间晶体管电压开始上升，在t1时刻到来之前，电路中各支路的电流仍保持不变，时刻到来之前，电路中各支路的电流仍保持不变，此时续流二极管开始导通，与此同时，晶体管中的此时续流二极管开始导通，与此同时，晶体管中的电流开始衰减。电流开始衰减。Udt6I0uceI0t5t4t3t2t1t0iCdtdicLsdtdicLs下 页上 页返 回dtdiLUuCdCEs晶体管中电流的衰减速度取决于晶体
28、管的特性和它晶体管中电流的衰减速度取决于晶体管的特性和它的基极驱动电流。的基极驱动电流。t0t1期间的晶体管电压为：期间的晶体管电压为： Udt6I0uceI0t5t4t3t2t1t0iCdtdicLsdtdicLs式中式中, Ls s=L1+L2+ diC/dt为负值为负值 下 页上 页返 回Udt6I0uceI0t5t4t3t2t1t0tCdtdicLsdtdicLst3时刻，电流衰减结束，晶体管的电压则下降到时刻，电流衰减结束，晶体管的电压则下降到Ud值，值，并在其后维持该值不变。并在其后维持该值不变。下 页上 页返 回Udt6I0uceI0t5t4t3t2t1t0tCdtdicLsdt
29、dicLst4时刻，电流开始上升，上升速率取决于晶体管的特时刻，电流开始上升，上升速率取决于晶体管的特性和基极驱动电流，晶体管电压为：性和基极驱动电流，晶体管电压为：式中式中, diC/dt为正，晶体管电压略低于为正，晶体管电压略低于Ud dtdiLUuCdCEs下 页上 页返 回Udt6I0uceI0t5t4t3t2t1t0tCdtdicLsdtdicLs续流二极管的反向恢复电流的作用使续流二极管的反向恢复电流的作用使iC大于大于I0。续流。续流二极管的反向恢复电流在在二极管的反向恢复电流在在t5时刻结束，然后时刻结束，然后BJT的的电压开始下降，直到电压开始下降，直到t6时降为零。时降为零
30、。下 页上 页返 回导通导通iC理想开关特性理想开关特性Iociucet40t3t2t1t5t6t0关断关断Ud6当晶体管的电压和电当晶体管的电压和电流同时都很大时，晶体流同时都很大时，晶体管在导通和关断时要承管在导通和关断时要承受很大的威胁。由于杂受很大的威胁。由于杂散电感的存在，使晶体散电感的存在，使晶体管上的过电压超过管上的过电压超过Ud，而二极管中的反向恢复而二极管中的反向恢复电流也会使晶体管电流超过电流也会使晶体管电流超过I0。可采用吸收电路来降。可采用吸收电路来降低这些威胁。低这些威胁。下 页上 页返 回8.5 关断吸收电路关断吸收电路 UdiCsDfTCsI0DsRsiDfF关断
31、吸收电路在电流切断关断吸收电路在电流切断时给晶体管提供一个零电压，时给晶体管提供一个零电压，在在BJT两端跨接了一个两端跨接了一个RCD网络。为分析方便起见，线网络。为分析方便起见，线路上的杂散电感忽略不计。路上的杂散电感忽略不计。 下 页上 页返 回晶体管关断时，它的电流晶体管关断时，它的电流iC以恒定的以恒定的diC/dt衰减，电衰减，电流流(I0iC)通过吸收电路的二极管通过吸收电路的二极管Ds流入电容。若电流流入电容。若电流的下降时间为的下降时间为tfi，则电容电流为：，则电容电流为： )0(0fifiCsttttIi式中，式中，iCs在关断时刻在关断时刻（t=0）的值为零的值为零在二
32、极管处于导通状态下，电容电压与晶体管两在二极管处于导通状态下，电容电压与晶体管两端的电压相同：端的电压相同：fistCssCECstCtIdtiCutu21)(200下 页上 页返 回CsI0UdDfiCI0 - iC8只要电容电压小于或等只要电容电压小于或等于于Ud，表达式，表达式在整个电流下降区间内都在整个电流下降区间内都成立。成立。 fistCssCECstCtIdtiCutu21)(200下 页上 页返 回大大CsiCiCiCiDfiDfiDfI0tfitfitfiiCsiCsiCsUdUdUduCsuCsuCs吸收电容吸收电容Cs取较小值时，电容电压在电流下降时间结取较小值时，电容电
33、压在电流下降时间结束之前很快达到束之前很快达到Ud，同时，续流二极管，同时，续流二极管Df导通，将电导通，将电容和晶体管的电压钳位在容和晶体管的电压钳位在Ud，因，因duCs/dt等于零，等于零，iCs接接着降到零。着降到零。下 页上 页返 回当当Cs=Cs1时，电流时，电流iCs达到下降时间达到下降时间tfi时，电容电压也时，电容电压也达到达到Ud。将。将t=tfi和和uCs=Ud代入下式代入下式大大CsiCiCiCiDfiDfiDfI0tfitfitfiiCsiCsiCsUdUdUduCsuCsuCsfistCssCECstCtIdtiCutu21)(200得：得：dfisUtIC201下
34、 页上 页返 回大大CsiCiCiCiDfiDfiDfI0tfitfitfiiCsiCsiCsUdUdUduCsuCsuCs吸收电容吸收电容Cs取较大值时电压上升速率较慢，在取较大值时电压上升速率较慢，在tfi之后之后才达到才达到Ud。在。在tfi之后，电容电流等于之后，电容电流等于I0，因此，电容，因此，电容电压和晶体管电压线性上升到电压和晶体管电压线性上升到Ud。 下 页上 页返 回ucECs = 0Cs = Cs1iC大大Cs0UdRBSOA小小CsI0大大CsiCiCiCiDfiDfiDfI0tfitfitfiiCsiCsiCsUdUdUduCsuCsuCsCs取不同值取不同值时晶体管
35、的时晶体管的关断损耗关断损耗 下 页上 页返 回UdDfTCsI0Cs 放电放电t200trrUduCEiCI0tri+trrf吸收电路由一个纯电容和一个用于关断吸收电路吸收电路由一个纯电容和一个用于关断吸收电路的二极管所组成。的二极管所组成。Cs使导通电流超过使导通电流超过I0，超过续流二，超过续流二极管的反向恢复电流。极管的反向恢复电流。 下 页上 页返 回Cs 放电放电t200trrUduCEiCI0tri+trrF晶体管在导通期间具晶体管在导通期间具有恒定的有恒定的diC/dt特性。根特性。根据据Cs值的不同，这个电值的不同，这个电荷等于下图其中的一个荷等于下图其中的一个阴影面积。阴影
36、面积。 大大CsiCiCiCiDfiDfiDfI0tfitfitfiiCsiCsiCsUdUdUduCsuCsuCs下 页上 页返 回UdDfTCsI0Cs 放电放电t200trrUduCEiCI0tri+trr当没有吸收电容当没有吸收电容Cs时，由于电压下降时间相当快，时，由于电压下降时间相当快，可近似认为晶体管在导通时立即下降到零。可近似认为晶体管在导通时立即下降到零。 下 页上 页返 回电容放电时间内消耗在晶体管中的附加能量为：电容放电时间内消耗在晶体管中的附加能量为：D2220tttCEtttCECstttCECQrrrirrrirrridtuIdtuidtuiWUdDfTCsI0Cs
37、 放电放电t200trrUduCEiCI0tri+trr下 页上 页返 回UdDfTCsI0DsRsiDfUd0iCI0IrruCEtrrIrr0iDfsdsCsRURu) 0 (f晶体管电压在导通时立即下降到零，电容中的能晶体管电压在导通时立即下降到零，电容中的能量消耗在吸收电阻中，其能量为：量消耗在吸收电阻中，其能量为：22dsRUCW 下 页上 页返 回UdDfTCsI0DsRsiDfUd0iCI0IrruCEtrrIrr0iDfsdsCsRURu) 0 (吸收电阻值的选择以限制通过自身的峰值电流小于吸收电阻值的选择以限制通过自身的峰值电流小于续流二极管反向恢复电流续流二极管反向恢复电流
38、Irr为原则，即：为原则，即：rrsdIRU下 页上 页返 回将将Irr的值限制在的值限制在0.2I0附近，或者是更小的值，附近，或者是更小的值，rrsdIRU式式 可近似的表示为：可近似的表示为：02 . 0 IRUsdUdDfTCsI0DsRsiDfUd0iCI0IrruCEtrrIrr0iDfsdsCsRURu) 0 (下 页上 页返 回吸收电路含有吸收电路含有Rs的电路结构的优越性的电路结构的优越性所有的电容能量都被电阻吸收，而电阻的散热比所有的电容能量都被电阻吸收，而电阻的散热比晶体管散热要容易得多；晶体管散热要容易得多；晶体管不会由于关断吸收电路的存在而产生附加晶体管不会由于关断吸
39、收电路的存在而产生附加的能量耗散问题；的能量耗散问题；晶体管必须承受的峰值电流不会由于关断吸收电晶体管必须承受的峰值电流不会由于关断吸收电路的存在而增加。路的存在而增加。下 页上 页返 回1.00.501.0WT+WRWTfdTtIUW021WR1ssCC9Cs的选择：的选择：使关断开关轨迹保持在使关断开关轨迹保持在反偏安全运行区域之内；反偏安全运行区域之内；根据冷却条件，尽量减根据冷却条件，尽量减少晶体管的损耗；少晶体管的损耗；使晶体管关断消耗的能使晶体管关断消耗的能量与吸收电阻所吸收的能量与吸收电阻所吸收的能量之和尽可能的小。量之和尽可能的小。下 页上 页返 回电容就应该有充足的时间放电，
40、它能使晶体管电压电容就应该有充足的时间放电，它能使晶体管电压在最短的时间内迅速降低到较低的电压等级。在最短的时间内迅速降低到较低的电压等级。 02 . 0 IRUsd根据式根据式 确定的确定的Rs和根据折中处理后的和根据折中处理后的Cs， 晶体管导通状态下，电容放电的时间常数晶体管导通状态下，电容放电的时间常数t tc=RsCs，电容电压为，电容电压为: ctdCseUtut/)(放电电压放电电压uCs(t)下降到下降到0.1Ud所需要的时间间隔为所需要的时间间隔为2.3t tc，导通时间为：导通时间为：ton2.3RsCs例例 下 页上 页返 回8.6 过电压吸收电路过电压吸收电路 UdDf
41、TCovI0DovRovLs sUdLs sI0DLL4CdL3L2L5LL1G具有杂散电感的电路具有杂散电感的电路 G过电压吸收电路过电压吸收电路 下 页上 页返 回假定晶体管处于导通状假定晶体管处于导通状态，过电压吸收电容两端态，过电压吸收电容两端的电压的电压uCov=Ud。设在某一。设在某一时刻晶体管关断，由于时刻晶体管关断，由于BJT电流下降时间很短，电流下降时间很短，这样在这样在BJT关断后，关断后，BJT的电流很快就衰减到零，的电流很快就衰减到零，此此时流过时流过Ls s的电流基本上为的电流基本上为I0，输出电流则经续流二，输出电流则经续流二极管极管Df形成续流通道。形成续流通道。
42、 Ls sUdDovRovCov+-下 页上 页返 回UdiLs sCovD DuCovLs s+-Ud+-+-晶体管两端的过电压晶体管两端的过电压D DuCE用用图中已充电的电容等效电路计图中已充电的电容等效电路计算算:22202max.ILUCCEovsDSCov的值越大，过电压的值越大，过电压D DUCE.max就越低。就越低。S由于由于Dov的存在，使的存在，使Ls s的电流过零后的反向电流的电流过零后的反向电流能通过能通过Rov放电，电容上的过电压逐渐衰减到放电，电容上的过电压逐渐衰减到Ud。S电容的放电时间常数电容的放电时间常数RovCov应足够小，以保证晶体应足够小，以保证晶体管
43、在下一次关断之前，电容电压有足够的时间衰减管在下一次关断之前，电容电压有足够的时间衰减到到Ud。下 页上 页返 回kUdRovCov放电放电0iLs suCEtfi没有没有CoviLs s0.1UduCELs s Cov充电充电有有Cov0F根据所观测根据所观测到的到的kUd值，可值，可将计算方程表将计算方程表示为示为:fidtILkU0s下 页上 页返 回将将D DUEC.max=0.1Ud代入到式代入到式 中中22202max.ILUCCEovsD得得Ls s的表达式，然后将的表达式，然后将Ls s的表达式代入到的表达式代入到 中可估算出：中可估算出：fidtILkU0sdfiovUtkI
44、C0100如果上式用变量如果上式用变量Cs1表示，则：表示，则：Cov=200kCs即使即使Cov的值较大，但耗散在的值较大，但耗散在Rov中的能量与耗散在中的能量与耗散在关断吸收电路电阻中的能量具有相同的数量级。关断吸收电路电阻中的能量具有相同的数量级。关断吸收电路和过电压保护吸收电路应同时使用。关断吸收电路和过电压保护吸收电路应同时使用。 下 页上 页返 回8.7 导通吸收电路导通吸收电路 UdDfTI0DsRLsDLsLs sDfTI0RLsDLsLs sE导通吸收电路与晶体导通吸收电路与晶体管串联管串联 F导通吸收电路与续流导通吸收电路与续流二极管串联二极管串联 下 页上 页返 回晶体
45、管两端的电压在导晶体管两端的电压在导通期间减少的幅值为：通期间减少的幅值为：riCEtILU0sDUd小小Ls siCtrrucedtdiLs大大Ls suceucetriiC式中，式中，tri为图中所示为图中所示Ls s取较小值时的电流上升时间。取较小值时的电流上升时间。对于较小的对于较小的Ls s值，值，di/dt的大小取决于晶体管特性和的大小取决于晶体管特性和基极驱动电流，与没有导通吸收电路的情况相同。基极驱动电流，与没有导通吸收电路的情况相同。下 页上 页返 回Ud小小Ls siCtrrucedtdiLs大大Ls suceucetriiCLs s值较大时电流上升率值较大时电流上升率di
46、/dt=Ud/Ls s，晶体管两端，晶体管两端的电压在电流上升期间的电压在电流上升期间基本为零：基本为零： stLUIIdFLrr2式中，式中，IF为二极管的前向电流，在晶体管导通期间，为二极管的前向电流，在晶体管导通期间，Ls s中的电流为中的电流为I0。 下 页上 页返 回?晶体管关断时，储存在吸收电感中的能量晶体管关断时，储存在吸收电感中的能量Ls s I02/2在吸收电阻在吸收电阻RLs中耗散掉。中耗散掉。?吸收电路的时间常数吸收电路的时间常数t tL=Ls s /RLs。(晶体管关断期间，导通吸收电路在晶体管两端晶体管关断期间，导通吸收电路在晶体管两端产生的过电压为：产生的过电压为：
47、D DUCE.max=RLsI0(晶体管关断期间，电感中的电流须衰减到一个晶体管关断期间，电感中的电流须衰减到一个较低的值，在晶体管下一次导通时吸收电路才能起较低的值，在晶体管下一次导通时吸收电路才能起到作用。因此，到作用。因此，BJT关断的最小间隔时间应满足关断的最小间隔时间应满足:LsoffRLts3 . 2下 页上 页返 回Ls sCovCdDfTI0CsRsDsFUndeland吸收电路吸收电路包含了三种吸收电路，包含了三种吸收电路，同时还能够减少元器同时还能够减少元器件的数量。件的数量。下 页上 页返 回8.8 桥路结构的吸收电路桥路结构的吸收电路 CdI0Rs +Ds-T-Rs-C
48、s -T+Cs +Df +Df -Ds +Ud-F关断吸收电路关断吸收电路在降压斩波电路在降压斩波电路中可行，但这种中可行，但这种关断吸收电路不关断吸收电路不能在没有导通吸能在没有导通吸收电路的情况下收电路的情况下使用。使用。下 页上 页返 回CdI0Rs +Ds-T-Rs-Cs -T+Cs +Df +Df -Ds +Ud-F二极管二极管Df+在在T+关断时处于导通状关断时处于导通状态，电容态，电容Cs+的电的电压为零。当压为零。当T导通导通时，在时，在Df+的反向的反向恢复过程中将有一恢复过程中将有一个容性放电电流通个容性放电电流通过过T。 下 页上 页返 回I0Rs +Cs -T+Df +
49、Df -Cs +Ud-Rs-T-F在图中所示在图中所示RC吸收电路中的电容吸收电路中的电容取较小值，可降低取较小值，可降低dv/dt。下 页上 页返 回CdI0Rs +Ds-T-Rs-Cs -T+Cs +Df +Df -Ds +Ud-CovDLs RLsF带有导通带有导通和关断吸收和关断吸收电路的桥路电路的桥路下 页上 页返 回CdI0T-CsT+Ls Df +Df -Ds1+Ud-CovDs2Rs桥臂模块桥臂模块f图中电路能够很方便地实现过电压保护，也可认图中电路能够很方便地实现过电压保护，也可认为是桥式电路中的为是桥式电路中的Undeland电路结构，它是将电容电路结构，它是将电容Cov以
50、图示的方式进行连接，而以图示的方式进行连接，而Rs相当于代替了相当于代替了Rov，起到过电压保护中电容器的作用。起到过电压保护中电容器的作用。 下 页上 页返 回8.9 GTO吸收电路的考虑吸收电路的考虑 tttt理想曲线理想曲线理想曲线理想曲线UGG-0iGIGTtfiuAKts 000iAuGKI0tgqtu2 UdttailF可控电可控电流的最大流的最大值取决于值取决于关断吸收关断吸收电路的电电路的电容容Cs。 下 页上 页返 回2GTO关断时，会随着它的阳极关断时，会随着它的阳极-阴极间电压的增阴极间电压的增加产生最大变化率的问题，这将导致对电容依赖性加产生最大变化率的问题，这将导致对
