缓冲电路的基本结构

缓冲电路的功能包括抑制和吸收二个方面。图3(a)是这种电路的基本结构，串联的LS用于抑制di/dt的过量，并联的CS通过快速二极管DS充电，吸收器件上出现的过电压能量，由于电容电压不会跃变，限制了重加du/dt。当器件开通时CS上的能量经RS泄放。对于工作频率较高、容量较小的装置，为了减少损耗，可将图3(a)的RLCD电路简化为图3(b)的形式。这种由RCD网络构成的缓冲电路普遍用于GTR、GTO、电力MOSFET及IGBT等电力电子器件的保护。

　　图4所示的几种缓冲电路是上述基本RCD缓冲电路的简化或演变。如图4所示，既可用于逆变器中IGBT模块的保护，也适用于其他电子器件的缓冲保护；但其性能有所不同。图4(a)是最简单的单电容电路，适用于小容量的IGBT模块（10~50A）或其他容量较小的器件；但由于电路中有无阻尼元件，容易产生振荡，为此CS中可串入RS加以抑制，这种RC缓冲电路在晶闸管的保护中已用得很普遍。图4(b)是把RCD缓冲电路用于由两只IGBT组成桥臂的模块上，此电路比较简单；但吸收功能较单独使用RCD时略差，多用于小容量元件的逆变器桥臂上。有时还可以把图4(a)、图4(b)两种缓冲电路并联使用，以增强缓冲吸收的功能。图4(c)是RS交叉连结的缓冲电路，当器件开断时，CS经DS充电，抑制du/dt；当器件开通前，CS经电源和RS释入电荷，同时有部分能量得到反馈，这种电路对大容量的器件，例如，400A以上的IGBT模块比较适合。

　　图4(d)是大功率GTO逆变桥臂上的非对称RLCD缓冲电路。图4(d)中电感受LS经过DS和RS释放磁场能量。GTO开断时，CS经DS吸收能量并经RS把部分能量反馈到电网上去；因此损耗较小，适用于大容量的GTO逆变器。图4(c)和图4(d)的功能类似，其CS具有吸收电能和电压箝位双重功能，且效率较高。
　　图4(e)是三角形吸收电路，这里吸收电容C1~C3为三角形联结，在T1关断时，并联在T1两端的总吸收电容量C3和C2串联再和C1并联后组成，即总电容量是 。这种电路的特点是：①3只电容器之间几乎不需要连结线，所以寄生电感极小；②在电力电子器件工作过程中每只电容器都参予工作，电容器利用率高；③电路的损耗较小，日立公司曾在一定的条件下进行试验比较，这种电路的损耗约为RCD电路损耗的40%，因此我国研制中的CTO交流传动电力机车逆变器也采用这种电路，其GTO的规格为3000A、4500V，吸收电容量为C1=C2=C3=18μF。

　　缓冲电路引线中的杂散电感L’S必须限制到最小，以防止电力电子器件在关断时出现电压尖峰，并消除杂散电感与缓冲电路中CS构成谐振回路所产生的振荡。图5是以电感性负载中的GTO的缓冲电路为例，说明杂散电感L’S对关断过程中阳极电压产生尖峰电压UP的影响。在阳极电流迅速下降时，随着CS快速充电，L’S上所产生的L’SdiS/dt电势加在GTO上；故L’S越大，UP越大，管耗Poff也越严重。此外，在感性负载下阳极电流下降率diA/dt与缓冲电路中的电流上升率diS/dt相等，故负载电流越大，下降越快，L’SdiS/d也越大，同样会产生严重后果。所以缓冲电路中的R、C、D等元件也力求采用无感元件。