美国CDE电容模块在缓冲电路中的应用
美国cde电容模块在缓冲电路中的应用
1引言
众所周知，在电力电子器件的应用电路中，无一例外地都要设置缓冲电路，即吸收电路。一些初次应用全控型器件的读者或许有这样的感受：器件莫名其妙地损坏了。虽然损坏的原因颇多，但缓冲电路和缓冲电容选择不当是不可忽略的重要原因。
2缓冲原理
器件损坏，不外乎是器件在开关过程中遭受了过量di/dt、dv/dt或瞬时功耗的危害而造成的。缓冲电路的作用，就是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。
图1所示为gtr驱动感性负载时的开关波形。不难看出，在开通和关断过程中，gtr集电极电压uc和集电极电流ic将同时出现，因而开关功耗大。加入缓冲电路，可将部分开关功耗转移到缓冲电路上，达到保证器件安全运行的目的。
典型复合式缓冲电路如图2所示。当gtr关断时，负载电流经缓冲二极管d向缓冲电容cs充电，同时集电极电流ic逐渐减少。由于电容cs两端电压不能突变，所以有效地限制了gtr集电极电压上升率dv/dt，降低了gtr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。gtr集电极母线电感以及杂散电感，在gtr开通时储存的能量li2/2，这时转换成csvcs2/2储存在缓冲电容cs中。当gtr开通时，集电极母线电感和其他杂散电感以及rs对cs放电的限流作用，有效地限制了gtr集电极电流上升率di/dt，降低了gtr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开关器件的开关损耗，而且降低了器件所承受的电压、电流应力，从而保护了gtr安全运行。
缓冲电容cs容量不同，其缓冲效果也不相同。图3给出了不同容量下gtr电流、电压关断波形。图3（a）
图1gtr的开关波形
图2复合式缓冲电路
图3gtr电流、电压关断波形 (a)无缓冲电容(b)缓冲电容较小(c)缓冲电容过大 图4通用的三种igbt缓冲电路(a)scd型(b)scm型(c)scc型 为无缓冲电容时的波形，图3（b）为缓冲电容cs容量较小时的波形，图3（c）为缓冲电容cs容量较大时的波形。不难看出，无缓冲电容时，集电极电压上升时间和集电极电流下降时间极短，致使关断功耗大。缓冲电容cs容量较小时，集电极电压上升较快，关断功耗也较大。缓冲电容cs容量较大时，集电极电压上升较慢，关断功耗较小。 3igbt缓冲电路 通用的igbt缓冲电路有三种形式，如图4所示。图4（a）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率igbt模块，用作对瞬变电压有效而低成本的控制，接在c1和e2之间（两单元模块）或p和n之间（六单元模块）。图4（b）为rcd构成的缓冲电路，适用于较大功率igbt模块，缓冲二极管d可箝制瞬变电压，从而能抑制由于母线寄生电感可能引起的寄生振荡。其rc时间常数应设计为开关周期的1/3，即τ=t/3=1/3f。图4（c）为p型rcd和n型rcd构成的缓冲电路，适用于大功率igbt模块，功能类似于图4（b）缓冲电路，其回路电感更小。若同时配合使用图4（a）缓冲电路，还能减小缓冲二极管的应力，使缓冲效果更好。 igbt采用缓冲电路后典型关断电压波形如图5所示。图中，vce起始部分的毛刺δv1是由缓冲电路的寄生电感和缓冲二极管的恢复过程引起的。其值由下式计算： δv1=ls×di/dt（1） 式中：ls为缓冲电路的寄生电感； di/dt为关断瞬间或二极管恢复瞬间的电流上升率，其最恶劣的值接近0.02ic（a/ns）。 如果δv1已被设定，则可由式（1）确定缓冲电路允许的最大电感量。例如，设某igbt电路工作电流峰值为400a，δv1≤100v， 则在最恶劣情况下， di/dt=0.02×400=8a/ns 由式（1）得 ls=δv1/（di/dt）=100/8=12.5nh 图中δv2是随着缓冲电容的充电，瞬态电压再次上升的峰值，它与缓冲电容的值和母线寄生电感有关，可用能量守恒定律求值。如前所述，母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感，在igbt开通时储存的能量要转储在缓冲电容中，因此有 lpi2/2=cδv22/2（2） 式中：lp为母线寄生电感； i为工作电流， c为缓冲电容的值； δv2为缓冲电压的峰值。 同样，如果δv2已被设定，则可由式 图5采用缓冲电路后igbt关断电压波形 （2）确定缓冲电容的值。 从式（1）和式（2）不难看出，大功率igbt电路要求母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感愈小愈好。这不仅可以降低δv1，而且可以减小缓冲电容c的值，从而降低成本。 表1针对不同直流母线电感量，列出缓冲电容的推荐值。该表是设定δv2≤100v时由式（2）计算得出的。 还有一种经验估算的办法，通常以每100a集电 极电流约取1μf缓冲电容值。这样得到的值，对于很 好地控制瞬态电压是充分的。 4美国cde电容模块在缓冲电路中的应用 从第3节的讨论得知，母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感，对igbt电路尤其是大功率igbt电路，有极大的影响。因此，希望它愈小愈好。要减小这些电感，需从多方面入手。第一，直流母线要尽量地短；第二，缓冲电路要尽可能地贴近模块；第三，选用低电感的聚丙烯无极电容，与igbt相匹配的快速缓冲二极管，以及无感泄放电阻；第四，其它有效措施。目前，缓冲电路的制作工艺也有多种方式：有用分立件连接的；有通过印制版连接的；更有用缓冲电容模块直接安装在igbt模块上的。显然，最后一种方式因符合上述第二、第三种降感措施，因而缓冲效果最好，能最大限度地保护igbt安全运行。 美国cde是一家老牌跨国公司，其电容产品因品质优越而为美国国家宇航局选用，并随航天器而享誉太空。cde公司的缓冲电容模块能充分满足igbt电路尤其是大功率igbt电路对缓冲电路的要求。cde公司的缓冲电容模块有scd、scm和scc三种类型，其选型参数见表2。 （1）scd型电容模块为一单元缓冲电容封装，构成图4（a）缓冲电路。适用于中、小电流容量的igbt模块，以吸收高反峰瞬变电压。容量0.22μf～4.7μf，直流电压分600v、1000v、1200v、1600v、2000v五档。其特点是，低介质损耗，低电感（<20nh），有自修复能力，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 （2）scm型电容模块为一单元缓冲电容与缓冲二极管封装，与外接电阻构成图4（b）缓冲电路。适用于中、小电流容量的igbt模块。根据缓冲电容位置的不同，有p型和n型之分，即电容模块中缓冲电容与p母线相连的称p型，与n母线相连的称n型。n型电容模块适合于一或两单元igbt模块。若用两个一单元igbt模块串联并采用图4（c）缓冲电路，则p型并接p母线端igbt模块，n型并接n母线端igbt模块。容量范围0.47μf～2.0μf，直流电压分600v、1200v两档。其特点是，低介质损耗，低电感量，缓冲电容与快恢二极管一体封装，有导线与外接电阻相连，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 （3）scc型电容模块为两单元缓冲电容与缓冲二极管封装，与外接电阻构成图4（c）缓冲电路。适用于大电流容量的两单元igbt模块。容量0.47μf～2.0μf，直流电压分600v、1200v两档。其特点是，低介质损耗，低电感量，高峰值电流，缓冲电容与超快恢复二极管一体封装，有导线与外接电阻相连，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 5结语 以上简单的讨论和介绍，其目的是想引起读者对缓冲电路和缓冲电容选择问题的充分重视。在可能的 模块型号 推荐设计值 主母线电感(nh) 缓冲电路类型 缓冲电路回路电感(nh) 缓冲电容（μf） 缓冲二极管 10a?50a六合一或七合一型 200 图4(a) 20 0.1～0.47 75a?200a六合一或七合一型 100 图4(a) 20 0.6～2.0 50a?200a双单元 100 图4（b） 20 0.47～2.0 300a?600a双单元 50 图4（b） 20 3.0～6.0 200a?300a一单元 50 图4（c） 30～15 0.47 600v:rm50hg?12s1200v:rm25hg?24s 400a一单元 50 图4（c） 12 1.0 600v:rm50hg?12s1200v:rm25hg?24s（2个并联） 600一单元 50 图4（c） 8 2.0 600v:rm50hg?12s（2个并联）1200v:rm25hg?24s（3个并联）
表1缓冲电路和功率电路设计推荐值 型式 型号 说明 电压(vdc) 电容值(μf) dv/dt(v/μs) 峰值电流(a) 均方根电流(a) 页码 igbt缓冲电容模块 scd 聚丙烯电容，<20nh,预留23mm～28mm导线 600～2000 0.22～4.7 150～800 118～1200 upto50a 5.002 scm 聚丙烯电容和超快恢复二极管，<20nh,预留23mm～28mm导线 600～1200 0.47～2 150～600 300～1000 upto50a 5.004 scc 2聚丙烯电容和超快恢复二极管，<20nh,预留23mm～28mm导线，双igbt 600～1200 0.47～2 150～600 300～500 upto50a 5.006
表2电容模块选型表 情况下，最好选用适当的电容模块构成适当的缓冲电路，并直接安装在igbt模块上。这样，莫名其妙损坏igbt模块的几率，也许会小得多。详情请参阅相关网站http://www.capacitor.net.cn http://www.igbt.com.cn
智慧农业物联网系统云平台可以为我们带来哪些便利
dfrobot贴片电阻0805±5% 简介
Python-流程控制与循环
高压系统中应用电容式和电感式隔离固态继电器的解决方案
基于EPIC6F256和TMS320C6713芯片实现光纤传感信号采集系统的设计
美国CDE电容模块在缓冲电路中的应用
乐1Pro手机怎么样 值不值得买
如何制作基于LoRa的双向传呼机？
多网协同对IP RAN承载提出新诉求
苹果A12处理器延迟至第四季度放量 高通深度解读5G应用场景和潜力
华为nova2和vivox9哪个好？华为nova2和vivox9谁是性价比高的那款？
wifi无线通信的发明给人们带来了便利
CIS普涨：从三星到格科微，从豪威到思比科
WT588E语音芯片的基本介绍
SpaceX今日发射 2021年第一批星链（Starlink）卫星
国内AI概念第一股来了！旷视科技申请在港上市
Redmi带来激动人心的新技术，6400万四摄分辨率远超 8K 电视
一文看全！各国应对半导体芯片短缺的主要举措
一文了解欧洲300家VR公司生态
电子雾化棒防水测试机是如何进行防水测试的
图3gtr电流、电压关断波形 (a)无缓冲电容(b)缓冲电容较小(c)缓冲电容过大 图4通用的三种igbt缓冲电路(a)scd型(b)scm型(c)scc型 为无缓冲电容时的波形，图3（b）为缓冲电容cs容量较小时的波形，图3（c）为缓冲电容cs容量较大时的波形。不难看出，无缓冲电容时，集电极电压上升时间和集电极电流下降时间极短，致使关断功耗大。缓冲电容cs容量较小时，集电极电压上升较快，关断功耗也较大。缓冲电容cs容量较大时，集电极电压上升较慢，关断功耗较小。 3igbt缓冲电路 通用的igbt缓冲电路有三种形式，如图4所示。图4（a）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率igbt模块，用作对瞬变电压有效而低成本的控制，接在c1和e2之间（两单元模块）或p和n之间（六单元模块）。图4（b）为rcd构成的缓冲电路，适用于较大功率igbt模块，缓冲二极管d可箝制瞬变电压，从而能抑制由于母线寄生电感可能引起的寄生振荡。其rc时间常数应设计为开关周期的1/3，即τ=t/3=1/3f。图4（c）为p型rcd和n型rcd构成的缓冲电路，适用于大功率igbt模块，功能类似于图4（b）缓冲电路，其回路电感更小。若同时配合使用图4（a）缓冲电路，还能减小缓冲二极管的应力，使缓冲效果更好。 igbt采用缓冲电路后典型关断电压波形如图5所示。图中，vce起始部分的毛刺δv1是由缓冲电路的寄生电感和缓冲二极管的恢复过程引起的。其值由下式计算： δv1=ls×di/dt（1） 式中：ls为缓冲电路的寄生电感； di/dt为关断瞬间或二极管恢复瞬间的电流上升率，其最恶劣的值接近0.02ic（a/ns）。 如果δv1已被设定，则可由式（1）确定缓冲电路允许的最大电感量。例如，设某igbt电路工作电流峰值为400a，δv1≤100v， 则在最恶劣情况下， di/dt=0.02×400=8a/ns 由式（1）得 ls=δv1/（di/dt）=100/8=12.5nh 图中δv2是随着缓冲电容的充电，瞬态电压再次上升的峰值，它与缓冲电容的值和母线寄生电感有关，可用能量守恒定律求值。如前所述，母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感，在igbt开通时储存的能量要转储在缓冲电容中，因此有 lpi2/2=cδv22/2（2） 式中：lp为母线寄生电感； i为工作电流， c为缓冲电容的值； δv2为缓冲电压的峰值。 同样，如果δv2已被设定，则可由式 图5采用缓冲电路后igbt关断电压波形 （2）确定缓冲电容的值。 从式（1）和式（2）不难看出，大功率igbt电路要求母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感愈小愈好。这不仅可以降低δv1，而且可以减小缓冲电容c的值，从而降低成本。 表1针对不同直流母线电感量，列出缓冲电容的推荐值。该表是设定δv2≤100v时由式（2）计算得出的。 还有一种经验估算的办法，通常以每100a集电 极电流约取1μf缓冲电容值。这样得到的值，对于很 好地控制瞬态电压是充分的。 4美国cde电容模块在缓冲电路中的应用 从第3节的讨论得知，母线电感以及缓冲电路及其元件内部的杂散电感，对igbt电路尤其是大功率igbt电路，有极大的影响。因此，希望它愈小愈好。要减小这些电感，需从多方面入手。第一，直流母线要尽量地短；第二，缓冲电路要尽可能地贴近模块；第三，选用低电感的聚丙烯无极电容，与igbt相匹配的快速缓冲二极管，以及无感泄放电阻；第四，其它有效措施。目前，缓冲电路的制作工艺也有多种方式：有用分立件连接的；有通过印制版连接的；更有用缓冲电容模块直接安装在igbt模块上的。显然，最后一种方式因符合上述第二、第三种降感措施，因而缓冲效果最好，能最大限度地保护igbt安全运行。 美国cde是一家老牌跨国公司，其电容产品因品质优越而为美国国家宇航局选用，并随航天器而享誉太空。cde公司的缓冲电容模块能充分满足igbt电路尤其是大功率igbt电路对缓冲电路的要求。cde公司的缓冲电容模块有scd、scm和scc三种类型，其选型参数见表2。 （1）scd型电容模块为一单元缓冲电容封装，构成图4（a）缓冲电路。适用于中、小电流容量的igbt模块，以吸收高反峰瞬变电压。容量0.22μf～4.7μf，直流电压分600v、1000v、1200v、1600v、2000v五档。其特点是，低介质损耗，低电感（<20nh），有自修复能力，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 （2）scm型电容模块为一单元缓冲电容与缓冲二极管封装，与外接电阻构成图4（b）缓冲电路。适用于中、小电流容量的igbt模块。根据缓冲电容位置的不同，有p型和n型之分，即电容模块中缓冲电容与p母线相连的称p型，与n母线相连的称n型。n型电容模块适合于一或两单元igbt模块。若用两个一单元igbt模块串联并采用图4（c）缓冲电路，则p型并接p母线端igbt模块，n型并接n母线端igbt模块。容量范围0.47μf～2.0μf，直流电压分600v、1200v两档。其特点是，低介质损耗，低电感量，缓冲电容与快恢二极管一体封装，有导线与外接电阻相连，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 （3）scc型电容模块为两单元缓冲电容与缓冲二极管封装，与外接电阻构成图4（c）缓冲电路。适用于大电流容量的两单元igbt模块。容量0.47μf～2.0μf，直流电压分600v、1200v两档。其特点是，低介质损耗，低电感量，高峰值电流，缓冲电容与超快恢复二极管一体封装，有导线与外接电阻相连，防火树脂封装，直接安装在igbt模块上。 5结语 以上简单的讨论和介绍，其目的是想引起读者对缓冲电路和缓冲电容选择问题的充分重视。在可能的 模块型号 推荐设计值 主母线电感(nh) 缓冲电路类型 缓冲电路回路电感(nh) 缓冲电容（μf） 缓冲二极管 10a?50a六合一或七合一型 200 图4(a) 20 0.1～0.47 75a?200a六合一或七合一型 100 图4(a) 20 0.6～2.0 50a?200a双单元 100 图4（b） 20 0.47～2.0 300a?600a双单元 50 图4（b） 20 3.0～6.0 200a?300a一单元 50 图4（c） 30～15 0.47 600v:rm50hg?12s1200v:rm25hg?24s 400a一单元 50 图4（c） 12 1.0 600v:rm50hg?12s1200v:rm25hg?24s（2个并联） 600一单元 50 图4（c） 8 2.0 600v:rm50hg?12s（2个并联）1200v:rm25hg?24s（3个并联）
表1缓冲电路和功率电路设计推荐值 型式 型号 说明 电压(vdc) 电容值(μf) dv/dt(v/μs) 峰值电流(a) 均方根电流(a) 页码 igbt缓冲电容模块 scd 聚丙烯电容，<20nh,预留23mm～28mm导线 600～2000 0.22～4.7 150～800 118～1200 upto50a 5.002 scm 聚丙烯电容和超快恢复二极管，<20nh,预留23mm～28mm导线 600～1200 0.47～2 150～600 300～1000 upto50a 5.004 scc 2聚丙烯电容和超快恢复二极管，<20nh,预留23mm～28mm导线，双igbt 600～1200 0.47～2 150～600 300～500 upto50a 5.006
表2电容模块选型表 情况下，最好选用适当的电容模块构成适当的缓冲电路，并直接安装在igbt模块上。这样，莫名其妙损坏igbt模块的几率，也许会小得多。详情请参阅相关网站http://www.capacitor.net.cn http://www.igbt.com.cn
智慧农业物联网系统云平台可以为我们带来哪些便利
dfrobot贴片电阻0805±5% 简介
Python-流程控制与循环
高压系统中应用电容式和电感式隔离固态继电器的解决方案
基于EPIC6F256和TMS320C6713芯片实现光纤传感信号采集系统的设计
美国CDE电容模块在缓冲电路中的应用
乐1Pro手机怎么样 值不值得买
如何制作基于LoRa的双向传呼机？
多网协同对IP RAN承载提出新诉求
苹果A12处理器延迟至第四季度放量 高通深度解读5G应用场景和潜力
华为nova2和vivox9哪个好？华为nova2和vivox9谁是性价比高的那款？
wifi无线通信的发明给人们带来了便利
CIS普涨：从三星到格科微，从豪威到思比科
WT588E语音芯片的基本介绍
SpaceX今日发射 2021年第一批星链（Starlink）卫星
国内AI概念第一股来了！旷视科技申请在港上市
Redmi带来激动人心的新技术，6400万四摄分辨率远超 8K 电视
一文看全！各国应对半导体芯片短缺的主要举措
一文了解欧洲300家VR公司生态
电子雾化棒防水测试机是如何进行防水测试的