2.3.3. Влияние паразитной индуктивности шины

После начального всплеска (рис. 2.7.) переходное напряжение начинает расти снова, т.к. конденсатор снаббера заряжается. Амплитуда второго подъема (V₂) зависит от емкости конденсатора снаббера и паразитной индуктивности шины. Для определения V₂ мы можем применить закон сохранения энергии и получить уравнение 2.2.

(2.2)

где:

L_p - паразитная индуктивность шины;

i - рабочий ток;

С - величина емкости конденсатора снаббера;

V₂ - амплитуда второго подъема напряжения.

Если задано максимально допустимое напряжение V₂ , то можно определить величину емкости конденсатора снаббера, которая будет требоваться для данной силовой цепи, решив уравнение 2.2. относительно С:

(2.3)

2.3.4. Рекомендации для силовых цепей и снабберов

Анализ уравнения 2.3 показывает, что величина требуемой емкости прямо пропорциональна паразитной индуктивности шины. Следовательно, снижение этой индуктивности методами, описанными в разделе 2.2.4., позволяют снизить требуемую емкость снаббера.

Из уравнения 2.3 также видно, что величина С прямо пропорциональна квадрату выключаемого тока. Данный ток может быть очень высоким в течение короткого замыкания до тех пор, пока не начнут работать схемы ограничения тока, описанные в разделе 3.7.2. Параметры элементов снаббера приведенные в табл. 2.1, даны для случая, когда в силовой цепи IGBT будут протекать токи не более максимально допустимых.

Последним соображением, вытекающим из анализа выражения 2.3, является то, что величина емкости конденсатора снаббера обратно пропорциональна квадрату величины допустимого выброса напряжения сверх номинального напряжения силовой шины. Следовательно, уменьшение запаса между амплитудой всплеска напряжения и номинальным или максимально допустимым напряжением V_CES позволит существенно уменьшить требуемую величину емкости снаббера. Рекомендованные в табл. 2.1 параметры проектируемого снаббера базируются на выбросе напряжения 100 В и использовании уравнения 2.3. В табл. 2.1 представлены рекомендуемые индуктивности силовой шины постоянного тока. Эти величины выбраны с целью упростить конструирование снаббера, эффективно управляющего переходным напряжением.

Предполагая, что заданная индуктивность силовой шины получена, можно выбрать тип снаббера и определить величину емкости конденсатора снаббера. В применениях, использующих тип модуля “шесть в одном” или “семь в одном” (сборка из шести или семи модулей) в качестве снаббера можно использовать один конденсатор с малой индуктивностью выводов, подключенный между P и N выводами ( как показано на рис. 2.6А). Аналогично, при сдвоенном типе модулей для управления переходным напряжением обычно достаточно конденсатора с малой индуктивностью выводов, подключенного между выводами С1 и E2. Обычно достаточно емкости около 1 мкФ на каждые 100 А тока коллектора. Конденсатор должен быть пленочным полипропиленовым или с подобным диэлектриком, имеющим низкие потери, и его нужно располагать в непосредственной близости от выводов силового модуля. Суммарная индуктивность контура снаббера, включая внутреннюю индуктивность конденсаторов, должна быть сведена до минимума. Если в конкретном применении возникают паразитные осцилляции, можно применить снаббер, показанный на рис. 2.6В.

Для одиночных сильнотоковых IGBT модулей одного развязывающего конденсатора обычно недостаточно для эффективного управления переходными напряжениями. В таком случае может быть использована RCD - цепь, показанная на рис. 2.6С. Этот снаббер управляет переходными напряжениями лучше, чем снабберы, показанные на рис.2.6В, т.к. он подавляет индуктивность противоположно расположенного модуля IGBT и соединения от Е1 к С2 из контура снаббера. Эта схема снаббера обычно сконструирована на небольшой печатной плате с использованием конденсаторов с аксиальными или радиальными выводами, быстровосстанавливающихся диодов снаббера и силовых резисторов. Затем плата со схемой снаббера монтируется к силовым шинам непосредственно над модулем IGBT (см. рис. 2.8). Рекомендации по конденсаторам и диодам для снабберов этого типа представлены в табл. 2.1.

Рис.2.8. Цепи снабберов для сборки из двух-, шести- и семиэлементных модулей.

а) Модуль IGBT сдвоенного типа

b) Модуль IGBT типа “шесть в одном”

Таблица 2.1. Рекомендации по проектированию снабберов и силовых цепей

Suggested Design Values
1 – Module Type	2 – Main Bus Inductance (nH)	3 – Snubbed Type	4 – Snubbed Loop Inductance (nH)	5 – Snubbed Capacitor (μF)	6 – Snubbed Diode
10 A-50 A 6 Pack and 7-Pack types	200	Fig. 2,6 A	20	0,1-0,47
75A-200A 6 Pack and 7-Pack types	100	Fig. 2,6 A	20	0,6-2,0
50 A-200 A Dual types	100	Fig. 2,6 B	20	0,47-2,0
300 A-600 A Dual types*	50	Fig. 2,6 B	20	3,0-6,0
200 A-300 A Single types*	50	Fig. 2,6 C	30-15	0,47	600V: RM50HG-12S 1200V: RM25HG-24S
400 A Single types	50	Fig. 2,6 C	12	1,0	600V: RM50HG-12S 1200V: RM25HG-24S (2 parallel)
600 A Single types	50	Fig. 2,6 C	8	2,0	600V: RM50HG-12S (2 parallel) 1200V: RM25HG-24S (3 parallel)

1 – тип модуля (сборка из 6,7; сдвоенные, одинарные)

2 – индуктивность сетевой шины (нГн)

3 – тип снаббера

4 – индуктивность контура снаббера (нГн)

5 – емкость конденсатора цепи снаббера (мкФ)