电力电子技术第八章-吸收电路演示幻灯片.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8.1,吸收电路的功能与类型,8.2,二极管的吸收电路,8.3,晶闸管吸收电路,8.4,功率晶体管的吸收电路,8.5,关断吸收电路,第八章,吸收电路,8.6,过电压吸收电路,8.7,导通吸收电路,小结,8.8,桥路结构的吸收电路,8.9 GTO,吸收电路的考虑,首 页,1,下 页,返回,第八章 吸收电路,8.1,吸收电路的功能与类型,在器件关断瞬间，限制器件上的电压；,在器件导通瞬间，限制流过器件中的电流；,在器件导通时，通过不同器件组合限制电流上升率；,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。,吸收电路的功能,2,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,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；,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、电流波形。,吸收电路分类,无极性串联,R-C,吸收电路。,有极性的串联,R-C,吸收电路。,有极性的,L-R,吸收电路。,3,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,谐振型吸收电路,开关威胁的缓解可以由许多经典的电力电子变流电路实现。,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。,减轻电力电子器件在开关过程中的威胁。,吸收电路的作用,4,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.2,二极管的吸收电路,U,d,L,s,T,i,L,s,R,s,I,o,D,f,C,s,i,Df,-,u,Df,+,附加在二极管上的吸收电路是为了最大限度的减小过电压。,端，以保护二极管免遭过电压的冲击。,R,s,C,s,串联电路通常跨接在二极管两,5,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,I,rr,0,t,I,o,i,Df,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，其电流保持恒定值,I,0,不变。,6,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.2.1,容性吸收电路,容性吸收电路,在,R,s,C,s,串联吸收电路中令,R,s,=0,时的吸收电路。,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,二极管关断时的等效电路，假定图中的开关为理想开关。,7,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,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,t=0,，此时的电感的初始电流为,I,rr,，吸收电路中电容上的初始电压假设为零。,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,8,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,L,s,T,i,L,s,C,s,+,u,Cs,-,图中等效电路,R,s,=0,，此时电容电压与二极管参考电压方向相反，根据电路原理的基本概念知，此时的电路方程为：,自然谐振角频率,9,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,根据式,，,式,可以表示为：,u,Cs,(t),的最大值为：,10,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,0,t,U,d,i,L,s,(,t,),I,rr,u,Cs,(,t,),u,Cs.max,二极管反向最高电压与采用下式计算得到的最大值,U,Cs.max,一样，当,C,s,取较小值时，二极管的最高电压就会变得很大。,C,s,=C,base,下的电容电压,u,Cs,(t),和电感电流,i,Ls,(t),的波形。,11,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.2.2,增加吸收电阻的效果,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,二极管关断时刻为,t=0,，电感初始电流为,I,rr,，电容的初始电压为零。二极管电压的微分方程为：,12,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,将边界条件,和,代入到,得：,式中，,13,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,方程,为最大值时所对应的时间为由,d,uDf,/dt=0,求解得到：,14,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,得二极管最高反向电压为：,将,t=t,m,代入到式,式中，,15,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,t,t,t,t,i,L,s,i,Df,i,Cs,U,d,u,Df,u,Cs,R,s,i,Cs,0,引入电阻,R,s,，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,R,s,和,C,s,。当,C,s,确定时，最高电压随,R,s,变化。,16,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,3,2.41,2,1,0,2,1,C,s,=C,base,保持,C,s,的值不变时，,R,s,的最优值为：,R,s,=R,opt,=1.3R,base,该值可使二极管最高反向电压有效降低。,当,C,s,=C,base,时，标准化后的二极管最高电压随,R,s,/R,base,比值变化的函数曲线。,17,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,3,0,1,2,0,1,2,3,4,R,s,=R,s.opt,吸收电路在不同参数下的计算曲线，吸收电路的最优电阻和最高电压,U,max,作为,C,s,的函数形式给出。,18,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,假定二极管是理想的单向导电器件，它没有电能损耗，则电阻,R,s,中所消耗的能量可以认为是电感和电容中所储存的能量：,3,0,1,2,0,1,2,3,4,R,s,=R,s.opt,19,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,3,0,1,2,0,1,2,3,4,R,s,=R,s.opt,当谐振电流达到零时，电感中的储能为零，电阻上的压降也为零，则储存在,C,s,中的能量为：,20,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,3,0,1,2,0,1,2,3,4,R,s,=R,s.opt,储存在电容中的能量等到二极管再次受到正向偏压而导通时得到释放。二极管在瞬间导通，耗散在二极管和吸收电阻中总能量为：,21,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,3,0,1,2,0,1,2,3,4,R,s,=R,s.opt,当,C,s,超过,C,bas,e,后，最高电压值的下降速度不高，但消耗的总能量却随着,C,s,的增加而线性增加。,22,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.2.3,吸收电路分析,U,d,C,0,D,R,s,N,2,C,s,+,u,0,-,N,1,通过变压器耦合的单相二极管整流器工作在线性区域。变压器原边的开关断开时，二极管开始导通。,23,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,u,0,L,s,D,i,L,s,R,s,i,D,C,s,+,-,+,-,当变压器原边的开关闭合时，漏电感和二极管中的电流逐渐减小。,24,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,R,s,C,s,L,s,+,-,i,L,s,(,0,)=,I,rr,D,u,Cs,(,0,)=,0,选择二极管,I,rr,快速返回的时刻作为时间轴的原点，由此所得到的等效电路如图所示。,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,25,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,L,s,T,i,L,s,R,s,I,o,D,f,C,s,i,Df,-,u,Df,+,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,R,s,C,s,L,s,+,-,i,L,s,(,0,)=,I,rr,D,u,Cs,(,0,)=,0,26,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,u,0,L,output,I,0,U,d,N,2,N,1,D,2,D,1,N,2,假设斩波器工作在连续电流模式，当变压器原边开关断开后，则输出电流的一半将从其中一个二极管流过。,27,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,L,output,I,0,D,2,D,1,u,0,R,s2,R,s1,C,s2,C,s1,L,s,i,L,s,L,s,+,-,+,-,在开关闭合时，如果正电压加在变压器原边，此时通过,D,1,的电流将增加，流过,D,2,的电流就会减少。,28,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,R,s2,C,s2,2L,s,+,-,i,L,s,D,2,u,Cs2,(,0,)=,0,i,L,s,(,0,)=,I,rr,二极管,D,2,断流瞬间的等效电路，每个二极管有一个吸收电路跨接在它的两端。,R,s,C,s,L,s,+,-,i,L,s,(,0,)=,I,rr,D,u,Cs,(,0,)=,0,29,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,dc,L,f,D,4,U,s,50Hz,C,dc,L,f,L,s,D,3,D,2,D,1,电网等效电路,二极管,D,1,反向恢复电流被切断后，,D,4,对感性电流提供一个通道，二极管,D,1,上的反向电压可被钳位在直流电容电压,U,dc,的幅值。,30,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,MOV,D,4,U,s,50Hz,i,L,s,L,s,D,1,电网等效电路,U,dc,C,dc,D,3,D,2,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。,31,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,若交流侧的电抗,X,s,(,=,w,L,s,),为,5%,，即表示为：,式中，,U,s,：,电源电压的有效值,I,s1,：,负载电流基波分量的有效值,在,120,的理想方波情况下，,I,s1,=4I,d,/,，根据实际波形的平滑性，可用,近似。,32,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,MOV,D,4,U,s,50Hz,i,L,s,L,s,D,1,电网等效电路,U,dc,C,dc,D,3,D,2,一个,RC,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,50Hz,交流输入电源,u,s,(t),的变化速度快，在二极管关断时,u,s,(t),的值可近似认为是恒定的直流量。,33,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.3,晶闸管吸收电路,3,6,5,2,a,b,c,u,cn,1,50Hz,n,P,N,4,-+,L,s,i,d,u,bn,u,an,-+,-+,三相桥式整流器电路结构,34,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,w,t,0,a,u,an,u,bn,w,t,1,u,bn,-u,an,=u,ba,设晶闸管,T,1,和,T,2,正处于导通状态，在触发角,a,时触发,T,3,，此时，电流,i,d,将由与,a,相相连的晶闸管,T,1,向与,b,相相连的晶闸管,T,3,换流，换流电压为,u,ba,。,35,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,L,s,I,0,D,L,L,4,C,d,L,3,L,2,L,5,L,L,1,当,T,3,导通、,T,1,关断，在,w,t,1,时进入反向恢复阶段，其电流为,i,Ls,=I,rr,。换流期间，图中电压源用一个在,w,t,1,时的,u,ba,(,w,t,1,),值代替，在,整个瞬态过程中，可认为该值为恒定值。,36,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,线路阻抗为,5%,时，式 变为：,式中，,U,LL,：线电压的有效值,I,d,：负载电流。,T,3,导通,T,1,2L,s,P,i,L,s,i,T1,R,s,C,s,+,-,a,电压源取线电压的最大值,，此时相当于,a,=90,。,37,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,T,3,导通,T,1,2L,s,P,i,L,s,i,T1,R,s,C,s,+,-,a,假定反向恢复时间,t,rr,=10,m,s,，整个换流期间的换流电压是恒定的,，通过晶闸管,T,1,的,di/dt,为：,38,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,并在图中的电流反向恢复期间的电流变化率,di/dt,用,D,i/,D,t,I,rr,/t,rr,表示，因此，,将式,求得的,L,s,表达式带入到下式,U,d,L,s,T,i,L,s,R,s,I,o,D,f,C,s,i,Df,-,u,Df,+,39,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,上式中，,t,rr,的值取,10,m,s,。当,C,s,的取值为,C,base,时，最接近于系统的最优值。,40,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,二极管被强制关断,阴极,阳极,U,d,T,i,L,s,R,s,I,rr,C,s,+,u,Cs,-,R,s,C,s,L,s,+,-,i,L,s,(,0,)=,I,rr,D,u,Cs,(,0,)=,0,根据右两图和下式,可以得到：,41,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,可得到,L,s,的表达式。,将,w,=,314.16,代入式,中，,将式,可得吸收电容的表达式为：,代入式,42,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,假定一个电阻的标幺值，使,R,s,=R,opt,=1.3R,base,，,R,base,的取值可用,计算，再根据式,得到：,R,s,=R,opt,可由右式得到，,43,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,将晶闸管上的电压波形设定在,a,=90,o,的触发角处，此时的电压波形如图所示。每个吸收电路中总的能量损耗为,:,将式 带入到上式后得：,44,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,如果三相变流器的容量用,kVA,表示，则在,50Hz,工作频率时每个吸收电路的功率损耗为:,对于任一,t,rr,和交流线路电感可采用类似的方法进行计算。,较保守的设计方法要求,C,s,大于,C,base,。,45,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.4,功率晶体管的吸收电路,吸收电路,关断吸收电路,导通吸收电路,过电压吸收电路,46,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,L,s,I,0,D,L,L,4,C,d,L,3,L,2,L,5,L,L,1,含有杂散电感的降压斩波电路,导通,i,C,理想开关特性,I,oci,u,ce,t,4,0,t,3,t,2,t,1,t,5,t,6,t,0,关断,U,d,U-I,特性,47,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,假定晶体管处于导通状态，导通电流,i,c,=I,0,。设晶体管在,t,0,时刻关断，关断期间晶体管电压开始上升，在,t,1,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，晶体管中的电流开始衰减。,U,d,t,6,I,0,u,ce,I,0,t,5,t,4,t,3,t,2,t,1,t,0,i,C,48,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,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。,t,0,t,1,期间的晶体管电压为：,U,d,t,6,I,0,u,ce,I,0,t,5,t,4,t,3,t,2,t,1,t,0,i,C,式中,L,s,=L,1,+L,2,+di,C,/dt,为负值,49,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,t,6,I,0,u,ce,I,0,t,5,t,4,t,3,t,2,t,1,t,0,t,C,t,3,时刻，电流衰减结束，晶体管的电压则下降到,U,d,值，并在其后维持该值不变。,50,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,t,6,I,0,u,ce,I,0,t,5,t,4,t,3,t,2,t,1,t,0,t,C,t,4,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：,式中,di,C,/dt,为正，晶体管电压略低于,U,d,51,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,t,6,I,0,u,ce,I,0,t,5,t,4,t,3,t,2,t,1,t,0,t,C,续流二极管的反向恢复电流的作用使,i,C,大于,I,0,。续流二极管的反向恢复电流在在,t,5,时刻结束，然后,BJT,的电压开始下降，直到,t,6,时降为零。,52,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,导通,i,C,理想开关特性,I,oci,u,ce,t,4,0,t,3,t,2,t,1,t,5,t,6,t,0,关断,U,d,当晶体管的电压和电流同时都很大时，晶体管在导通和关断时要承受很大的威胁。由于杂散电感的存在，使晶体管上的过电压超过,U,d,，而二极管中的反向恢复,电流也会使晶体管电流超过,I,0,。可采用吸收电路来降低这些威胁。,53,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.5,关断吸收电路,U,d,i,Cs,D,f,T,C,s,I,0,D,s,R,s,i,Df,关断吸收电路在电流切断时给晶体管提供一个零电压，在,BJT,两端跨接了一个,RCD,网络。为分析方便起见，线路上的杂散电感忽略不计。,54,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,晶体管关断时，它的电流,i,C,以恒定的,di,C,/dt,衰减，电流,(,I,0,i,C,),通过吸收电路的二极管,D,s,流入电容。若电流的下降时间为,t,fi,，则电容电流为：,式中，,i,Cs,在关断时刻,（,t=0,）,的值为零,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：,55,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,C,s,I,0,U,d,D,f,i,C,I,0,-i,C,只要电容电压小于或等于,U,d,，表达式,在整个电流下降区间内都成立。,56,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,大,C,s,i,C,i,C,i,C,i,Df,i,Df,i,Df,I,0,t,fi,t,fi,t,fi,i,Cs,i,Cs,i,Cs,U,d,U,d,U,d,u,Cs,u,Cs,u,Cs,吸收电容,Cs,取较小值时，电容电压在电流下降时间结束之前很快达到,U,d,，同时，续流二极管,D,f,导通，将电容和晶体管的电压钳位在,U,d,，因,du,Cs,/dt,等于零，,i,Cs,接着降到零。,57,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,当,C,s,=C,s1,时，电流,i,Cs,达到下降时间,t,fi,时，电容电压也达到,U,d,。将,t=t,fi,和,u,Cs,=U,d,代入下式,大,C,s,i,C,i,C,i,C,i,Df,i,Df,i,Df,I,0,t,fi,t,fi,t,fi,i,Cs,i,Cs,i,Cs,U,d,U,d,U,d,u,Cs,u,Cs,u,Cs,得：,58,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,大,C,s,i,C,i,C,i,C,i,Df,i,Df,i,Df,I,0,t,fi,t,fi,t,fi,i,Cs,i,Cs,i,Cs,U,d,U,d,U,d,u,Cs,u,Cs,u,Cs,吸收电容,C,s,取较大值时电压上升速率较慢，在,t,fi,之后才达到,U,d,。在,t,fi,之后，电容电流等于,I,0,，因此，电容电压和晶体管电压线性上升到,U,d,。,59,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,u,cE,C,s,=0,C,s,=C,s1,i,C,大,C,s,0,U,d,RBSOA,小,C,s,I,0,大,C,s,i,C,i,C,i,C,i,Df,i,Df,i,Df,I,0,t,fi,t,fi,t,fi,i,Cs,i,Cs,i,Cs,U,d,U,d,U,d,u,Cs,u,Cs,u,Cs,C,s,取不同值时晶体管的关断损耗,60,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,D,f,T,C,s,I,0,C,s,放电,t,2,0,0,t,rr,U,d,u,CE,i,C,I,0,t,ri,+t,rr,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。,C,s,使导通电流超过,I,0,，超过续流二极管的反向恢复电流。,61,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,C,s,放电,t,2,0,0,t,rr,U,d,u,CE,i,C,I,0,t,ri,+t,rr,晶体管在导通期间具有恒定的,di,C,/dt,特性。根据,C,s,值的不同，这个电荷等于下图其中的一个阴影面积。,大,C,s,i,C,i,C,i,C,i,Df,i,Df,i,Df,I,0,t,fi,t,fi,t,fi,i,Cs,i,Cs,i,Cs,U,d,U,d,U,d,u,Cs,u,Cs,u,Cs,62,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,D,f,T,C,s,I,0,C,s,放电,t,2,0,0,t,rr,U,d,u,CE,i,C,I,0,t,ri,+t,rr,当没有吸收电容,C,s,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。,63,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,电容放电时间内消耗在晶体管中的附加能量为：,U,d,D,f,T,C,s,I,0,C,s,放电,t,2,0,0,t,rr,U,d,u,CE,i,C,I,0,t,ri,+t,rr,64,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,D,f,T,C,s,I,0,D,s,R,s,i,Df,U,d,0,i,C,I,0,I,rr,u,CE,t,rr,I,rr,0,i,Df,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：,65,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,D,f,T,C,s,I,0,D,s,R,s,i,Df,U,d,0,i,C,I,0,I,rr,u,CE,t,rr,I,rr,0,i,Df,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,I,rr,为原则，即：,66,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,将,I,rr,的值限制在,0.2I,0,附近，或者是更小的值，,式 可近似的表示为：,U,d,D,f,T,C,s,I,0,D,s,R,s,i,Df,U,d,0,i,C,I,0,I,rr,u,CE,t,rr,I,rr,0,i,Df,67,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,吸收电路含有,R,s,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路的存在而增加。,68,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,1.0,0.5,0,1.0,W,T,+W,R,W,T,W,R,C,s,的选择：,使关断开关轨迹保持在反偏安全运行区域之内；,根据冷却条件，尽量减少晶体管的损耗；,使晶体管关断消耗的能量与吸收电阻所吸收的能量之和尽可能的小。,69,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,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。,根据式 确定的,R,s,和根据折中处理后的,C,s,，,晶体管导通状态下，电容放电的时间常数,t,c,=,R,s,C,s,，电容电压为,:,放电电压,u,Cs,(t),下降到,0.1U,d,所需要的时间间隔为,2.3,t,c,，导通时间为：,t,on,2.3R,s,C,s,例,70,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.6,过电压吸收电路,U,d,D,f,T,C,ov,I,0,D,ov,R,ov,L,s,U,d,L,s,I,0,D,L,L,4,C,d,L,3,L,2,L,5,L,L,1,具有杂散电感的电路,过电压吸收电路,71,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,假定晶体管处于导通状态，过电压吸收电容两端的电压,u,Cov,=U,d,。设在某一时刻晶体管关断，由于,BJT,电流下降时间很短，这样在,BJT,关断后，,BJT,的电流很快就衰减到零，此,时流过,L,s,的电流基本上为,I,0,，输出电流则经续流二极管,D,f,形成续流通道。,L,s,U,d,D,ov,R,ov,C,ov,+,-,72,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,i,L,s,C,ov,D,u,Cov,L,s,+,-,U,d,+,-,+,-,晶体管两端的过电压,D,u,CE,用图中已充电的电容等效电路计算,:,C,ov,的值越大，过电压,D,U,CE.max,就越低。,由于,D,ov,的存在，使,L,s,的电流过零后的反向电流能通过,R,ov,放电，电容上的过电压逐渐衰减到,U,d,。,电容的放电时间常数,R,ov,C,ov,应足够小，以保证晶体管在下一次关断之前，电容电压有足够的时间衰减到,U,d,。,73,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,kU,d,R,ov,C,ov,放电,0,i,L,s,u,CE,t,fi,没有,C,ov,i,L,s,0.1U,d,u,CE,L,s,C,ov,充电,有,C,ov,0,根据所观测到的,kU,d,值，可将计算方程表示为,:,74,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,将,D,U,EC.max,=0.1U,d,代入到式 中,得,L,s,的表达式，然后将,L,s,的表达式代入到 中可估算出：,如果上式用变量,C,s1,表示，则：,C,ov,=200,kC,s,即使,C,ov,的值较大，但耗散在,R,ov,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。,关断吸收电路和过电压保护吸收电路应同时使用。,75,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.7,导通吸收电路,U,d,D,f,T,I,0,D,s,R,Ls,D,Ls,L,s,D,f,T,I,0,R,Ls,D,Ls,L,s,导通吸收电路与晶体管串联,导通吸收电路与续流二极管串联,76,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,晶体管两端的电压在导通期间减少的幅值为：,U,d,小,L,s,i,C,t,rr,u,ce,大,L,s,u,ce,u,ce,t,ri,i,C,式中，,t,ri,为图中所示,L,s,取较小值时的电流上升时间。对于较小的,L,s,值，,di/dt,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。,77,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,U,d,小,L,s,i,C,t,rr,u,ce,大,L,s,u,ce,u,ce,t,ri,i,C,L,s,值较大时电流上升率,di/dt=U,d,/L,s,，晶体管两端的电压在电流上升期间基本为零：,式中，,I,F,为二极管的前向电流，在晶体管导通期间，,L,s,中的电流为,I,0,。,78,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,晶体管关断时，储存在吸收电感中的能量,L,s,I,0,2,/2,在吸收电阻,R,Ls,中耗散掉。,吸收电路的时间常数,t,L,=L,s,/R,Ls,。,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：,D,U,CE.max,=,R,Ls,I,0,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到作用。因此，,BJT,关断的最小间隔时间应满足,:,79,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,L,s,C,ov,C,d,D,f,T,I,0,C,s,R,s,D,s,Undeland,吸收电路包含了三种吸收电路，同时还能够减少元器件的数量。,80,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.8,桥路结构的吸收电路,C,d,I,0,R,s+,D,s-,T,-,R,s-,C,s-,T,+,C,s+,D,f+,D,f-,D,s+,+,U,d,-,关断吸收电路在降压斩波电路中可行，但这种关断吸收电路不能在没有导通吸收电路的情况下使用。,81,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,C,d,I,0,R,s+,D,s-,T,-,R,s-,C,s-,T,+,C,s+,D,f+,D,f-,D,s+,+,U,d,-,二极管,D,f+,在,T,+,关断时处于导通状态，电容,C,s+,的电压为零。当,T,导通时，在,D,f+,的反向恢复过程中将有一个容性放电电流通过,T,。,82,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,I,0,R,s+,C,s-,T,+,D,f+,D,f-,C,s+,+,U,d,-,R,s-,T,-,在图中所示,RC,吸收电路中的电容取较小值，可降低,dv/dt,。,83,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,C,d,I,0,R,s+,D,s-,T,-,R,s-,C,s-,T,+,C,s+,D,f+,D,f-,D,s+,+,U,d,-,C,ov,D,Ls,R,Ls,带有导通和关断吸收电路的桥路,84,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,C,d,I,0,T,-,C,s,T,+,L,s,D,f+,D,f-,D,s1,+,U,d,-,C,ov,D,s2,R,s,桥臂模块,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,Undeland,电路结构，它是将电容,C,ov,以图示的方式进行连接，而,R,s,相当于代替了,R,ov,，起到过电压保护中电容器的作用。,85,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,8.9,GTO,吸收电路的考虑,t,t,t,t,理想曲线,理想曲线,U,GG-,0,i,G,I,GT,t,fi,u,AK,t,s,0,0,0,i,A,u,GK,I,0,t,gq,t,u2,U,d,t,tail,可控电流的最大值取决于关断吸收电路的电容,C,s,。,86,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,GTO,关断时，会随着它的阳极,-,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的进一步增加。,当,GTO,在关断时的电压变化率超过了最大变化率,du,AK,/dt|,max,，因,pn,结上的大量位移电流，将引起,GTO,的重新触发，使,GTO,重新返回到导通状态。,87,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,L,s,C,d,D,f,GTO,I,0,C,s,R,s,D,s,R,Ls,D,Ls,L,s,U,d,使用具有导通和关断吸收电路的,GTO,作为开关的降压斩波器,88,下 页,上 页,返 回,第五章基于,晶闸管的相位可控整流与逆变运行,小,结,功率半导体器件在导通和关断期间，吸收电路能够限制电压、电流幅值，并能限制它们的变化速率，还能够改变或调节开关轨迹。,有三种拓扑结构的吸收电路：无极性,RC,吸收电路，有极性,RC,吸收电路和有极性的,RL,吸收电路。,89,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,无极性的,RC,吸收电路在与杂散电感串联时，所产生的反向恢复电流在关断时能保护二极管和晶闸管的过电压威胁，如果对吸收电路中的电阻和电容参数进行优化，就能较好地降低过电压。,在关断吸收电路中，有极性,RC,电路在电流关断时能够给所有类型的可控开关,（,BJT,、,MOSFET,、,GTO,、,IGBT,等）,提供一个低电压，并能在输出,IU,平面上提供低功耗的开关轨迹、减少功率器件的电压上升率,dv/dt,。,90,下 页,上 页,返 回,第八章 吸收电路,在串联电感存在的情况下，当开关器件关断时，具有不同拓扑结构的有极性,RC,电路（不是关断吸收电路）能够用作过电压吸收电路，它能限制控制开关动作时所产生的过电压。,有极性,RL,吸收电路通过降低器件电压来保护可控开关，这个电压是由于器件在导通瞬间使电流逐渐上升所产生的；导通吸收电路还可以设计成在功率器件导通瞬间用来限制由于二极管的反向恢复所产生的过电流。,91,第八章 吸收电路,桥式电路的吸收电路布局与保护单个器件的吸收电路结构有很大的不同。,在,GTO,的吸收电路设计中，由于涉及到高电压和大电流，因而必须对它的保护吸收电路要进行专门的考虑。,上 页,返 回,92,