Расчет снаббера

Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение U_СЕ быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой либо коллектора, либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT, требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Типичные схемы снабберов и их особенности рассмотрены в табл. П7.6.

Для указанных схем необходимо выбирать конденсатор с хорошими высокочастотными ха рактеристиками, малой собственной индуктивностью, высокими допустимыми импульсными токами и малым тангенсом угла потерь, например, К78-2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и частоты коммутации IGBT f_sw. Расчетные формулы для выбора мощности резисторов цепей снабберов, приведенных в табл. П7.6 схем, имеют следующий вид:

– схемы 2, 3 и 5:

Р = 0,5 С Δ U ² f_sw; (П7.35)

– схема 4:

P = 0,5 C (U + Δ U)² f_sw, (П7.36)

где U – напряжение коллектор-эмиттер в установившемся режиме, В, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН с ШИМ; Δ U – перенапряжение, В (рис. П7.21).

Выбор сопротивления резистора производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT:

, (П7.37)

где L_sn – индуктивность цепей снаббера, Гн, которая должна быть 10 нГн или менее; С – емкость снаббера, Ф.

Продолжение прил. 7

Таблица П7.6

Типичные схемы снабберов и их особенности

№ п/п	Схема	Особенности
		1. Малое число элементов 2. Короткий провод снаббера 3. Большие пульсации тока через электролитический конденсатор
		1. Малое число элементов 2. Более длинный провод снаббера, чем в схеме 1 3. Малые пульсации тока через электролитический конденсатор
		1. Малое число элементов 2. Низкие потери мощности 3. Подходит для конденсаторов средней и малой емкости
		1. Большое число элементов 2. Большие потери 3. Перенапряжения могут быть эффективно ограничены
		1. Большое число элементов 2. Низкие потери 3. Подходит для конденсаторов большой емкости

Ток, протекающий через диод снаббера, импульсный. Он почти равен отключаемому току коллектора и длится до 1 мкс.

Отношение максимума тока через диод снаббера к среднему около (20–50):1. Диод должен быть высокочастотным со временем восстановления запирающих свойств t_rr –0,3 мкс и менее.

Значение Δ U зависит от многих факторов, оно не должно превышать 60 В. Так, для схем в табл. П7.6 можно отметить следующее:

– бросок напряжения Δ U (см. рис. П7.21) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристиками IGBT, поэтому Δ U не может быть выражен математически;

– Δ U зависит от индуктивности L₁ проводов между электролитическим конденсатором и снаббером (значение L₁ должно быть 50 нГн или менее);

Продолжение прил. 7

– Δ U существенно зависит от индуктивности L₂, цепей снаббера (значение L₂, должно быть 10 нГн или менее);

– Δ U незначительно зависит от сопротивления резистора R_g на входе затвора и от температуры;

– Δ U не определяется емкостью снаббера.

Рис. П7.21. Напряжение на коллекторе IGBT при его запирании

Следовательно, для ограничения Δ U важно ограничить индуктивности L₁ и L₂ путем уменьшения длины проводов и их бифилярного монтажа.

Емкость конденсатора снаббера определяется напряжением второго броска Δ U ' (см. рис. П7.21), который не должен превышать 25 В. Выражение для расчета емкости представляется в виде

С = L ₁ (IС / Δ U ')², (П7.38)

где L₁ – индуктивность проводов между электролитическим конденсатором и IGBT-модулем; I_С – отключаемый ток.

Хотя емкость конденсатора снаббера определяется значением индуктивности L₁ и может быть рассчитана по формуле (П7.38), окончательно уточнить значение емкости С можно, установив модуль и определив перенапряжение. Типичное значение емкости снаббера составляет 1 мкФ на 100 А коммутируемого транзистором IGBT тока.

Дата добавления: 2015-07-08