6. Расчет снаббера

Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение U_CE быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может дос-тичь критического значения, способного вызвать пробой либо коллектора, либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT требуется установка снаббе-ра (демпфирующей цепи). Типичные схемы снабберов и их особенности рас-смотрены в таблице 5.

Конденсатор для указанных схем необходимо выбирать с хорошими высокочастотными характеристиками, высокими допустимыми импульсны-ми токами и малым тангенсом угла потерь, например, К78 – 2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и часто-ты коммутации IGBT f_sw. Расчетные формулы для выбора мощности резисто-ров цепей снабберов, указанных в таблице 5, схем имеют следующий вид:

Схемы 2, 3 и 5 из таблицы 5:

(2.71)

Схема 4 из таблицы 5:

, (2.72)

где U – напряжение коллектор – эмиттер в установившемся режиме, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН ШИМ, ΔU – перенапряжение (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Напряжение коллектор-эмиттер

на IGBT транзисторе при выключении

Таблица 5

	Схема	Особенности
1.		Малое число элементов. Короткий провод снаббера. Большие пульсации тока через электролитичес-кий 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 средней и малой емкости конденсатора.
4.		Большое число элементов. Большие потери. Перенапряжения могут быть эффективно ограничены.
5.		Большое число элементов. Низкие потери. Подходит для большой емкости конденсатора.

Выбор величины сопротивления производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT:

(2.73)

где L_Sn – индуктивность снаббера, которая не должна быть более 10 нГн.

Ток, протекающий через диод снаббера импульсный. Он почти равен отключаемому току коллектора и длится до одной микросекунды.

Отношение максимума тока через диод снаббера к среднему около (20 – 50):1. Диод должен быть высокочастотным и временем восстановления запирающих свойств t_rr не более 0,3 мкс.

Величина ΔU (рис. 2.18) зависит от многих факторов, она не должна превышать 50-60 В. Так, для схем из табл. 5 можно отметить следующее:

• бросок напряжения ΔU (рис. 2.18) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристиками IGBT, поэтому ΔU не может быть выражен математически;

• ΔU существенно зависит от индуктивности L₂ цепей снаббера (L₂ не должна быть более 10 нГн);

• ΔU незначительно зависит от резистора R_g на входе затвора и от темпе-ратуры;

• ΔU не определяется величиной емкости снаббера. Следовательно, для ограничения ΔU важно ограничить индуктивности L₁ и L₂ за счет огра-ничения длины проводов и их бифилярного монтажа.

Емкость конденсатора снаббера определяется величиной второго броска напряжения ΔU' (рис. 2.18), который не должен превышать 20 – 25 В. Учитывая, что индуктивность проводов между электролитическим конденса-тором и IGBT модулем равна L₁, отключаемый ток равен I_С – выражение для расчета емкости представится в следующем виде:

(2.74)

Хотя емкость конденсатора снаббера определяется величиной L₁ и мо-жет быть рассчитана по (2.69) окончательно определить С можно, фактичес-ки установив модуль и определив перенапряжение. Типичное значение емкости снаббера составляет 1 мкФ на 100 А коммутируемого транзистором IGBT тока.

Исходя из величины тока, коммутируемого транзистором IGBT, а именно I_Cmax = 306,2 A выбираем емкость снаббера C = 3 мкФ, и применяем конденсатор высокочастотный типа К78-3 (три конденсатора 1 мкФ/600В, соединенных параллельно).

Сопротивление резистора:

(2.75)

Мощность резистора (схема 3 из таблицы 9):

(2.76)

где – задаемся равным 60 В.

По величине сопротивления и мощности реализуется резистор снаб-бера из четырнадцати двухваттных сопротивлений типа МЛТ 1,6 Ом ± 10%, соединенных параллельно, для получения эквивалентного сопротивления 0,115 Ом мощностью 28 Вт.