Расчет снаббера

Так как IGBTкоммутируется с высокой скоростью, то напряжениеU_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 управленияIGBTвелика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить авариюIGBT, 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 характеристиками, 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 коммутацииIGBTf_sw.Расчетные формулы для выбора мощности резисторов цепей снабберов, приведенных в табл. П7.6 схем, имеют следующий вид:

– схемы 2, 3 и 5:

Р= 0,5СΔU²f_sw; (П7.35)

– схема 4:

P= 0,5C(U +ΔU)²f_sw, (П7.36)

где U – напряжение коллектор-эмиттер в установившемся режиме, В, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН с ШИМ; ΔU – 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 Короткий провод снаббера Большие пульсации тока через электролитический конденсатор
2		Малое число элементов Более длинный провод снаббера, чем в схеме 1 Малые пульсации тока через электролитический конденсатор
3		Малое число элементов Низкие потери мощности Подходит для конденсаторов средней и малой емкости
4		Большое число элементов Большие потери Перенапряжения могут быть эффективно ограничены
5		Большое число элементов Низкие потери 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 ΔUзависит от многих факторов, оно не должно превышать 60 В. Так, для схем в табл. П7.6 можно отметить следующее:

– бросок напряжения ΔU(см. рис. П7.21) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристикамиIGBT, поэтому ΔUне может быть выражен математически;

– ΔUзависит от индуктивностиL₁проводов между электролитическим конденсатором и снаббером (значениеL₁ должно быть 50 нГн или менее);

Продолжение прил. 7

– ΔUсущественно зависит от индуктивностиL₂, цепей снаббера (значениеL₂, должно быть 10 нГн или менее);

– ΔUнезначительно зависит от сопротивления резистораR_g на входе затвора и от температуры;

– ΔUне определяется емкостью снаббера.

Рис. П7.21. Напряжение на коллектореIGBTпри его запирании

Следовательно, для ограничения ΔUважно ограничитьиндуктивности L₁ и L₂ путем уменьшения длины проводов и их бифилярного монтажа.

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

С=L₁(IС/ ΔU')², (П7.38)

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

Хотя емкость конденсатора снаббера определяется значением индуктивности L₁и может быть рассчитана по формуле (П7.38), окончательно уточнить значение емкостиСможно, установив модуль и определив перенапряжение. Типичное значение емкости снаббера составляет 1 мкФ на 100 А коммутируемого транзисторомIGBTтока.