利用實測GTO陽極電流波形設計逆變器緩沖電路

摘要：緩沖電路參數(shù)值對GTO的關斷性能及整個GTO逆變器的工作性能起著至關重要的作用。本文通過對GTO關斷過程中陽極電流與陽極電壓波形的分析，提出一種以“綜合指標”作為目標函數(shù)的緩沖電路參數(shù)尋優(yōu)方案，可根據(jù)對GTO裝置性能的具體要求確定GTO緩沖電路元件的最佳參數(shù)。

關鍵詞：GTO緩沖電路設計陽極電流

中圖法分類號：TM464文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)0948403

1引言

緩沖電路參數(shù)值直接影響GTO的關斷性能及整個GTO逆變器的工作性能。因此如何在設計GTO逆變器時合理設計緩沖電路參數(shù)，便成為重要的問題。

本文通過對GTO關斷過程中陽極電流與陽極電壓波形的分析，提出并論證了GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關、緩沖二極管的反向恢復過程與緩沖電路參數(shù)無關的論點。在此基礎上，提出了一種簡便、實用的緩沖電路參數(shù)優(yōu)化設計方案。可根據(jù)對GTO裝置性能的具體要求確定GTO緩沖電路元件最優(yōu)參數(shù)。在對GTO關斷過程中陽極電壓及關斷功耗波形進行仿真時，為提高仿真精度，采用了實測的陽極關斷電流波形。并據(jù)此推導出關斷功耗波形。仿真結果與實驗波形比較，誤差極小。本文提出了一種以“綜合指標”作為目標函數(shù)的緩沖電路參數(shù)尋優(yōu)方案。

2利用陽極電流波形對陽極電壓波形仿真的前提條件

GTO緩沖電路可等效為圖1所示電路。如要利用實測的陽極電流對陽極電壓進行仿真，首先需要證明以下兩個條件成立：

（1）GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關；

（2）緩沖二極管的反向恢復過程與緩沖電路參數(shù)無關。

2.1GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關

圖2為GTO關斷時的陽極電流波形。整個過程可分為3個階段：即存儲時間段、下降時間段及拖尾時間段。

在存儲時間段及下降時間段中，存儲時間ts及下降時間tf值僅取決于門極抽取能力及GTO內(nèi)部結構，而與緩沖電路參數(shù)無關。此兩段的陽極電流波形也與緩沖電路參數(shù)無關。

在拖尾時間段，拖尾電流基本

圖1GTO緩沖電路示意圖

圖2GTO陽極關斷電流波形示意圖

上由下降時間段的陽極電流波形及結溫決定，與緩沖電路參數(shù)無關。

圖3中8條曲線是CS=2，3，4，5μF時的陽極電流及陽極電壓波形。可見，在緩沖電路參數(shù)變化后，陽極電壓波形變化較大，而4條陽極電流曲線基本上完全重合。由此實驗可驗證以上分析的正確性。

　　圖中曲線（1）,（2）,（3）,（4）為緩沖電路參數(shù)改變后的實測陽極電壓波形；

曲線（5）,（6）,（7）,（8）為緩沖電路參數(shù)改變后的實測陽極電流波形。

2.2緩沖二極管的反向恢復過程與緩沖電路參數(shù)無關

儲存電荷Qr及恢復時間trr是緩沖二極管反向恢復過程中兩個重要參數(shù)。在分析GTO關斷過程時，可近似認為Qr，trr為常量。由圖4可證明這一點。圖4是改變緩沖電阻支路分布電感后測得的緩沖電阻支路電流及緩沖二極管支路電流?？梢?，在Lrs改變后，irs變化很大，而ids幾乎不變。即可認為trr只與緩沖二極管本身的特性有關。

圖中曲線（1），（2），（3）為Lrs改變前、后的實測緩沖電阻支路電流波形。

曲線（4），（5），（6）為Lrs改變前、后的實測緩沖二極管支路電流波形；

圖3緩沖電路參數(shù)改變后的陽極電流、陽極電壓波形