一种可用于高频条件的igbt逆变器缓冲电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，不仅能保证浪涌电压的吸收效果，而且通过在放电回路中的放电电压，能大大缩短过电压能量的放电时间，提高了开关器件IGBT的开关频率，很好地满足在高频率应用场合中对IGBT逆变器缓冲电路的要求。本实用新型可广泛应用于电源产品中。
【专利说明】—种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路。
【背景技术】
[0002]IGBT逆变器多应用在在变频器、开关电源和分布式发电系统等工作频率较高的场合，例如在分布式发电系统如光伏发电系统中，逆变器中开关器件的开关频率要达到几千赫兹甚至几万赫兹。在如此高的工作频率下，使得开关器件的导通和关断很频繁，导通和关断时间很短。由于王电路存在寄生电感，IGBT关断时王电路电流急剧变化,在王电路的寄生电感上会诱发高电压，使IGBT在关断瞬间承受很大的浪涌电压。另外，由于与IGBT反并联的续流二极管反向恢复时两端电压异常升高，也会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压。浪涌电压的存在，会影响IGBT的正常工作，如开关损耗大，使IGBT过热，严重时甚至造成IGBT损坏。为了提高IGBT工作的可靠性，较常用的方法是用缓冲电路。
[0003]IGBT逆变器缓冲电路要保证在开关器件关断时，吸收主回路寄生电感所引起的关断浪涌电压能量，并将所吸收的过电压能量在开关器件下一次关断动作前放电完毕。逆变器工作频率越高，缓冲电路完成上述工作过程的时间就越短，这对IGBT逆变器的缓冲电路提出了很高的要求。
[0004]传统IGBT逆变器常采用的缓冲电路有3种，第一种是电容缓冲电路，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。第二种RCD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，但是在功率等级进一步增大时，这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。第三种是放电阻止型缓冲电路，但这种电路容易造成对关断浪涌电压的抑制效果不足，或者是造成缓冲电路的电流振荡，使得IGBT导通时的集电极电流峰值相应增加，导致IGBT的导通变得不稳定。
实用新型内容
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种能保证浪涌电压的吸收效果，满足高频率应用场合的一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，包括第一 IGBT管、第二 IGBT管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电阻和第二电阻，所述第一 IGBT管的集电极依次通过第一电感和第一电容进而与第一二极管的正极端连接，所述第一二极管的负极端分别与第一 IGBT管的发射极、第二 IGBT管的集电极和第二二极管的正极端连接，所述第一二极管的正极端还与第三二极管的负极端连接，第三二极管的正极端依次通过第四电容和第二电阻进而与第二 IGBT管的发射极连接，所述第二二极管的负极端依次通过第二电容和第二电感进而与第二 IGBT管的发射极连接，所述第一 IGBT管的集电极还依次通过第一电阻和第三电容进而与第四二极管的负极端连接，所述第四二极管的正极端与第二二极管的负极端连接。
[0008]进一步作为优选的实施方式，所述的第一二极管为快恢复二极管。
[0009]进一步作为优选的实施方式，所述的第二二极管为快恢复二极管。
[0010]进一步作为优选的实施方式，所述的第一电容为吸收电容。
[0011]进一步作为优选的实施方式，所述的第二电容为吸收电容。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]本实用新型一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，不仅能保证浪涌电压的吸收效果，而且通过在放电回路中的放电电压，能大大缩短过电压能量的放电时间，提高了开关器件IGBT的开关频率，很好地满足在高频率应用场合中对IGBT逆变器缓冲电路的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明:
[0015]图1是本实用新型一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路的电路原理图；
[0016]图2是本实用新型IGBT逆变器缓冲电路的工作电路图；
[0017]图3是本实用新型IGBT逆变器缓冲电路放电等效电路图；
[0018]图4是本实用新型与传统缓冲电路IGBT管的关断波形图；
[0019]图5是本实用新型与传统缓冲电路缓冲电容的过电压放电波形图。
【具体实施方式】
[0020]参照图1，本实用新型一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，包括第一IGBT管Tl、第二 IGBT管T2、第一电感L1、第二电感L2、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻Rl和第二电阻R2，所述第一 IGBT管Tl的集电极依次通过第一电感LI和第一电容Cl进而与第一二极管Dl的正极端连接，所述第一二极管Dl的负极端分别与第一 IGBT管Tl的发射极、第二 IGBT管T2的集电极和第二二极管D2的正极端连接，所述第一二极管Dl的正极端还与第三二极管D3的负极端连接，第三二极管D3的正极端依次通过第四电容C4和第二电阻R2进而与第二 IGBT管T2的发射极连接，所述第二二极管D2的负极端依次通过第二电容C2和第二电感L2进而与第二 IGBT管T2的发射极连接，所述第一 IGBT管Tl的集电极还依次通过第一电阻Rl和第三电容C3进而与第四二极管D4的负极端连接，所述第四二极管D4的正极端与第二二极管D2的负极端连接。
[0021]进一步作为优选的实施方式，所述的第一二极管Dl为快恢复二极管。
[0022]进一步作为优选的实施方式，所述的第二二极管D2为快恢复二极管。
[0023]进一步作为优选的实施方式，所述的第一电容Cl为吸收电容。
[0024]进一步作为优选的实施方式，所述的第二电容C2为吸收电容。
[0025]参照图2，其中，第一母线电感LPl和第二母线电感LP2为母线寄生电感，第一电感LI和第二电感L2为缓冲电路的寄生电感，第一电容Cl和第二电容C2为缓冲电容，第三电容C3和第四电容C4为放电电容，第一电阻Rl和第二电阻R2为缓冲电阻，第一二极管Dl和第二二极管D2为缓冲二极管。本实用新型的工作过程分为线性化换流、母线寄生电感谐振转移能量和缓冲电容放电共三个阶段。在前两个阶段中，本实用新型IGBT逆变器缓冲电路和传统的IGBT逆变器缓冲电路的工作原理没有区别，IGBT管的关断电压波形中也会出现两个电压尖峰，分别主要由缓冲电路的寄生电感和主回路的母线寄生电感所引起，在第二阶段结束，母线寄生电感LP中能量全部转移缓冲电容CS后，缓冲电路进入第三个阶段，即缓冲电容CS放电阶段，其等效电路如图3所示。
[0026]参照图3，可见图3中的放电回路增加了放电电容，即第三电容C3,第三电容C3和缓冲电容CS串联构成放电等效电容C。
[0027]等效电容:C= C3*CS/(C3+CS)。
[0028]显然等效电容C小于缓冲电容CS的值。因此，在缓冲电阻值不变的情况下，图3的RC时间常数τ较小，这意味着在不改变缓冲电容CS和缓冲电阻值的情况下，本实用新型IGBT逆变器缓冲电路缩短了缓冲电容CS的放电时间，满足了 IGBT逆变器在高频应用场合下的要求。
[0029]参照图4和图5，两种缓冲电路中，IGBT管关断时的电流电压波形如图4所示，图4a是传统缓冲电路缓IGBT管的关断波形，图4b是本实用新型缓冲电路IGBT管的关断波形，从中可以看到两种关断过程中的电压、电流波形基本相同，关断浪涌电压被控制在350V以内。在图中还可以看到都有一个振荡区，这是由于缓冲二极管的反向恢复引起的。两种缓冲电路的缓冲电容上的过电压放电波形如图5所示，图5a是传统缓冲电路缓冲电容CS上的过电压放电波形，图5b是本实用新型缓冲电路缓冲电容CS上的过电压放电波形，图5a、5b采用同样的坐标以便于分析，从图中可见:由于本实用新型的IGBT逆变器缓冲电路的缓冲电容上过电压在70us时刻就能放电完毕；而传统缓冲电路在90us时刻才能放电完毕。因此，本实用新型IGBT逆变器缓冲电路缩短了过电压能量的放电时间，提高了开关器件IGBT的开关频率，满足了在高频率应用场合中对IGBT逆变器缓冲电路的要求。
[0030]以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，其特征在于:包括第一 IGBT管(Tl)、第二 IGBT管(T2)、第一电感(LI)、第二电感(L2)、第一电容(Cl)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)，所述第一 IGBT管(Tl)的集电极依次通过第一电感(LI)和第一电容(Cl)进而与第一二极管(Dl)的正极端连接，所述第一二极管(Dl)的负极端分别与第一 IGBT管(Tl)的发射极、第二 IGBT管(T2)的集电极和第二二极管(D2)的正极端连接，所述第一二极管(Dl)的正极端还与第三二极管(D3)的负极端连接，第三二极管(D3)的正极端依次通过第四电容(C4)和第二电阻(R2)进而与第二 IGBT管(T2)的发射极连接，所述第二二极管(D2)的负极端依次通过第二电容(C2)和第二电感(L2)进而与第二IGBT管(T2)的发射极连接，所述第一 IGBT管(Tl)的集电极还依次通过第一电阻(Rl)和第三电容(C3)进而与第四二极管(D4)的负极端连接，所述第四二极管(D4)的正极端与第二二极管(D2)的负极端连接。
2.根据权利要求1所述的一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，其特征在于:所述的第一二极管(Dl)为快恢复二极管。
3.根据权利要求1所述的一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，其特征在于:所述的第二二极管(D2)为快恢复二极管。
4.根据权利要求1所述的一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，其特征在于:所述的第一电容(Cl)为吸收电容。
5.根据权利要求1所述的一种可用于高频条件的IGBT逆变器缓冲电路，其特征在于:所述的第二电容(C2)为吸收电容。
【文档编号】H02M1/34GK203387396SQ201320458016
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】尹惊云, 陈恒留 申请人:深圳市晶福源电子技术有限公司