摘　要：提出一种模块化IGBT无损吸收网络，介绍了其缓冲吸收原理、元件参数计算及一些注意事项。
    关键词：IGBT；无损吸收；电容模块；网络

　　IGBT作开关器件的变换器中，电路一般都存在电抗元件。当开关转换时，电感储能释放将造成很大的电流冲击，器件一则承受高di／dt，dv／dt的危害，二则由于过量开关损耗引起温升，降低了可靠性，可能导致器件损坏。为使IGBT可靠工作，一般都采用缓冲吸收或软开关技术，其作用就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低开关损耗。
　　常用的RCD有损吸收网络线路简单，但降低了变换器效率，而软开关电路一般存在线路复杂、控制繁琐、辅助开关管有损耗等问题。针对这一缺陷，本文提出一种简单可靠的模块化无损吸收电路。

1　缓冲吸收原理
　　无损吸收网络能够把从输入或输出电路中吸收的能量进行再利用，能量传输的方式多是反馈给电源或负载，或是在吸收网络内部循环。图1为本文采用的无损吸收网络，该网络包括CDE电容模块、二极管D3、电感L₁，其中电容模块内封装两单元无感突波缓冲电容C₁，C₂与超快恢复缓冲二极管D1，D2。
　　IGBT关断时电路开始工作，负载电流经二极管D1向缓冲电容C₂充电，电容C₁（导通期间已充电至U）经D3放电，能量反馈给负载，并提供负载电流的续流通路，IGBT集电极电流逐渐减少。当C₂充电到U，C₁放电到0时，D3关断，感性负载中的电流流过 主续流二极管D。由于电容C₂两端电压不能瞬态突变，所以有效地限制了IGBT集电极电压上升率dv／dt，降低了IGBT的电压应力，同时，集电极电流转移到了缓冲电路，从而降低了关断功耗。

　　IGBT开通时，二极管D1，D3关断，C₂，L₁，C₁组成谐振电路，U施加到吸收网络电感L₁的两端，电流从C₂通过L₁和D2给C₁充电。当C₂放电到0时，C₁充电到U，电感L₁中的电流为0，串联的二极管D2截止，谐振结束，C₁储存能量为IGBT关断作准备。在这一开通期间，由于负载电感L、集电极母线电感、各种杂散电感以及L₁对集电极电流的限流作用，有效地限制了IGBT集电极电流上升率di／dt、降低IGBT的电流应力，同样也降低了开通功耗。
　　这样，缓冲电路不仅降低了器件的开关损耗，而且降低了器件所承受的电压、电流应力，保护IGBT安图2所示。

2　缓冲元件参数计算
　　首先确定IGBT驱动的负载电流I的最大值、外施电源U的最大值以及要求的开关管电压上升时间T_r。因缓冲电容C₁，C₂配合充放电，取值相同，其大小可 以根据下式计算：

　　由于D3的作用，C₂，C₁的充放电时间是一个完整谐振周期的1／2。这一时间（复位时间T_s）必须小于可能的开关管最小导通时间。否则，吸收网络将不能完全复位，而且将增大开关管损耗。一旦知道T_s，吸收 网络电感量L₁可根据式（3）计算：

数大小。另外要注意的是，当开关管导通时，谐振电流流经开关管使吸收网络复位，开关管必须有一定的电流裕量，以调整这个电流。
3　注意事项
　　吸收网络中元件的特性是非常重要的。由于电流变化率非常大，吸收电路及其元件内部很小的寄生电
感现象几乎可以使网络完全失效。为了减小寄生电感，需从多方面入手：
    （1）直流母线要尽量地短；
    （2）缓冲吸收电路要尽量贴近IGBT管；
　　（3）选用无感的突波电容及与IGBT相匹配的快速缓冲二极管。
　　目前，缓冲吸收电路的制作多用分立件连接；也有用缓冲电容模块直接安装在IGBT上的。显然，后一种方式吸收效果要好。本文采用的美国CDE公司的缓冲电容模块能充分满足IGBT电路尤其是高频大功率IGBT电路对吸收网络的要求，其SCC型电容模块为两单元无感突波缓冲电容与缓冲二极管一体封装，易于与外接器件构成简单可靠的吸收电路。模块的电容容量0．47～2．0μF可选，直流电压分600 V和1 200 V两档，特点是低介质损耗、低电感量、高峰值电流、缓冲二极管极低恢复电荷、防火树脂封装、有导线与外部相连。
　　吸收网络一般选用小功率快恢二极管，它承受低的平均电流和大的峰值电流。特别的是，二极管必须有较低的恢复电荷，如果恢复电荷过大，电容器中储存的能量将不能保证网络在下一个周期复位。本文中的CDE缓冲电容模块封装的超快恢复二极管在这一方面有着优异的性能。
　　此外，和电容器并联的电感器必须最小化。应通过改变绕组的结构来减小绕组的寄生电容。采取层绕法的寄生电容最大，而分段绕和叠绕技术可以减小绕组的寄生电容。
4　结　语
　　该模块化无损吸收网络已成功用于一台大功率开关电源上，运行表明，该网络既保护了开关功率管，又减小了开关损耗，提高了整机效率，加强了系统的可靠性，非常适合于高频大功率及要求高效率的功率变换器。

［1］　方良．无损吸收网络在电源技术中的应用［J］．电子元器件应用，2001，（7）：11-1
［2］　舒正国．电容器的品质与美国CDE电容［J］．电力电子技术，2002,(6):76-77

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