2.3.1. Типы снабберов
На рис. 2.6. представлены три типовых схемы снабберов для IGBT. Схема снаббера “А” состоит из одного конденсатора с низкой индуктивностью, соединенного между С1 и Е2 на маленьком модуле IGBT или между P и N на сборке из шести модулей. В маломощных схемах снаббер этого типа часто обеспечивает эффективный и недорогой метод управления переходными напряжениями. При увеличении уровней мощности снаббер “А” вместе с паразитной индуктивностью силовой шины может генерировать колебания. В снаббере “В” эта проблема решается путем применения быстровосстанавливающегося диода для подавления переходного напряжения и блокировки осцилляций. Постоянная времени RC снаббера “В” должна составлять приблизительно 1/3 часть периода переключений ( = Т/3 = 1/3 f). Для больших IGBT, работающих при высоких уровнях мощности, паразитная индуктивность контура снаббера “В” становится чересчур большой для эффективного управления переходными напряжениями. В таких случаях при больших токах обычно используется снаббер типа “С”. Данный снаббер работает подобно снабберу типа “В”, но имеет более низкую индуктивность контура, т.к. подключен непосредственно к коллектору и эмиттеру каждого IGBT. В цепях IGBT с очень высокой мощностью имеет смысл применять малые RCD - снабберы совместно с сетевым снаббером “С”, чтобы облегчить подавление паразитных осцилляций в контуре сетевого снаббера.
В схемах с очень высокой мощностью может быть полезным сочетание типов А и С с целью снизить перегрузки диода снаббера.
Рис. 2.6. Типовые схемы снабберов IGBT
2.3.2. Влияние паразитной индуктивности снаббера
На рис. 2.7. показана типичная осциллограмма напряжения на -11-транзисторе при его выключении с использованием снаббера типа “С”, схема которого приведена на рис. 2.6. Начальный выброс напряжения (V1) вызван совместным воздействием паразитной индуктивности в цепи снаббера и процесса прямого восстановления диода снаббера. Если в схеме снаббера используется быстродействующий диод, большая часть этого всплеска будет вызвана индуктивностью снаббера (Ls ).
В этом случае мы можем вычислить величину V1 , используя уравнение 2.1.
(2.1.)
где:
Ls - паразитная индуктивность снаббера;
– скорость изменения тока при выключении транзистора или при восстановлении диода.
В типичной силовой цепи IGBT в самом неблагоприятном случае будет приближаться к 0,02 А/нс Ic. Если предельная величина V1 задана, производную можно использовать для определения максимально допустимой индуктивности снаббера. Например, предположим, что у нас есть силовая цепь с IGBT, которая будет работать при амплитуде тока 400 А, и что V1 должно быть ограничено до 100 В. Наихудший случай для – приблизительно:
Решая уравнение 2.1 относительно Ls, получим:
Из приведенных выше расчетов ясно, что для цепей IGBT с высокой мощностью требуется применять снабберы с очень низкой индуктивностью. По этой же причине снабберы должны располагаться в непосредственной близости от модулей IGBT. При проектировании снабберов должны учитываться паразитная индуктивность внутри корпусов диодов снабберов и в выводах конденсаторов снабберов. Часто параллельно соединенные конденсаторы и диоды меньшего единичного номинала и размера создают меньшую индуктивность, чем одиночные компоненты большего размера. Проектирование силовой цепи IGBT с минимальной индуктивностью шины также поможет уменьшить Ls, т.к. при этом в снаббере могут быть применены элементы с меньшими размерами, а значит с меньшей паразитной индуктивностью.
Рис.2.7. Типовая осциллограмма напряжения коллектор - эмиттер при выключении транзистора с использовании снаббера