利用實(shí)測(cè)GTO陽(yáng)極電流波形設(shè)計(jì)逆變器緩沖電路

如圖5所示的緩沖二極管反向恢復(fù)特性曲線，t>t5后的緩沖二極管上電流近似認(rèn)為是1條二次曲線，可以較好地說(shuō)明問(wèn)題。曲線方程為：(1)(2)

式中trr—緩沖二極管恢復(fù)時(shí)間;

t5—ids=Ism的時(shí)間；

Ido—t=t7時(shí)緩沖二極管的電流值。

圖4緩沖二極管恢復(fù)反向阻斷能力后的ids，irs波形

3陽(yáng)極電壓波形仿真

利用GTO陽(yáng)極電壓與陽(yáng)極電流間的數(shù)學(xué)模型，使用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可由實(shí)測(cè)的陽(yáng)極電流波形及緩沖電路參數(shù)得到陽(yáng)極電壓的仿真波形。仿真波形與實(shí)測(cè)波形相比，誤差極小。如圖6所示，圖中曲線為CS=2μF及5μF條件下實(shí)際測(cè)得的陽(yáng)極電壓波形及相應(yīng)的仿真波形。可見(jiàn)，仿真精度可滿足尋優(yōu)要求。

4緩沖電路參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1目標(biāo)函數(shù)的確定

下面具體討論可以判斷緩沖電路參數(shù)設(shè)置是否合理的指標(biāo)。

圖5緩沖二極管的反向恢復(fù)特性

（1）GTO關(guān)斷過(guò)程中存在幾個(gè)極其重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括尖峰電壓Up，峰值功耗Pfm，陽(yáng)極電壓上升率dua/dt，陽(yáng)極再加電壓峰值UDM。這些動(dòng)態(tài)參數(shù)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致GTO的失效，即GTO對(duì)這些動(dòng)態(tài)參數(shù)的承受能力是有限的。設(shè)這些動(dòng)態(tài)參數(shù)的極限值分別為（Up）m，（Pfm）m，（UDM）m，(dua/dt)m，(Urm－E)m。則可知，實(shí)際中GTO關(guān)斷過(guò)程中的動(dòng)態(tài)參數(shù)值與其極限值的比值越小，說(shuō)明GTO裝置工作性能越好。由于實(shí)用時(shí)的動(dòng)態(tài)參數(shù)值與緩沖電路參數(shù)密切相關(guān)，可以說(shuō)，一旦GTO及門極驅(qū)動(dòng)電路確定，則GTO關(guān)斷時(shí)的動(dòng)態(tài)參數(shù)值將取決于緩沖電路參數(shù)。因此，實(shí)際工作時(shí)的動(dòng)態(tài)參數(shù)值與其所能承受的極限值的比值，包括Up/(Up)m，UDM/（UDM）m，(dua/dt)/(dua/dt)m，Pfm/（Pfm）m，(Urm－E)m可作為衡量緩沖電路參數(shù)設(shè)置是否合理的指標(biāo)。這些比值越小，則說(shuō)明緩沖回路參數(shù)設(shè)置越優(yōu)。

（2）GTO工作過(guò)程中的GTO關(guān)斷能耗Eoff及緩沖電路能耗Esb是衡量GTO裝置工作性能的重要參數(shù)。這些參數(shù)過(guò)大，雖可能不會(huì)使GTO在短時(shí)間內(nèi)失效，但會(huì)使整個(gè)裝置的能耗提高，進(jìn)而影響裝置的工作穩(wěn)定性、可靠性。因而，我們可以把Eoff，Esb與一特定值（Eoff）m，(Esb)m的比值作為衡量GTO裝置性能的指標(biāo)。因Eoff，Esb與緩沖電路參數(shù)密切相關(guān)，故以上兩個(gè)比值Eoff/（Eoff）m，Esb/(Esb)m也可作為衡量緩沖電路參數(shù)設(shè)置是否合理的指標(biāo)。此兩個(gè)比值越小，則說(shuō)明緩沖電路參數(shù)設(shè)置越好。

（3）GTO的開(kāi)通時(shí)間ton及關(guān)斷時(shí)間toff直接關(guān)系到整個(gè)GTO裝置的工作頻率極限值的大小。ton，toff越小，則GTO裝置的工作頻率就可提得越高。其極限值為fmax=1/(ton＋toff)。因此，ton，toff的值關(guān)系到整個(gè)裝置的工作性能。ton＋toff與某特定值tm的比值可作為衡量GTO裝置頻率性能的指標(biāo)。同樣，ton，toff的大小與緩沖電路參數(shù)關(guān)系極大。例如，如緩沖電路參數(shù)為CS，RS，則不可能使GTO開(kāi)通時(shí)間低于5RSCS。因此，（ton＋toff）/tm可作為衡量緩沖電路參數(shù)設(shè)置是否合理的指標(biāo)。此比值越小，則說(shuō)明緩沖電路參數(shù)設(shè)置越好。其中，tm可定為CS，RS取其尋優(yōu)空間上限值時(shí)的開(kāi)關(guān)時(shí)間。

（4）考慮到緩沖二極管動(dòng)態(tài)特性的改善會(huì)導(dǎo)致其功率特性變壞。可把存儲(chǔ)電荷Qr與其特定值的比值Qr/(Qr)m，恢復(fù)時(shí)間trr與某特定值的比值trr/(trr)m，這兩個(gè)比值作為衡量GTO裝置功率特性，同時(shí)也是反映GTO裝置工作性能的指標(biāo)。兩個(gè)比值越小，則緩沖電路參數(shù)越優(yōu)。其中：(Qr)m，(trr)m可定為實(shí)際尋優(yōu)空間的上限值。

由上述分析可知，緩沖電路優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)J可定義為：式中（Up）m，（UDM）m，(dUa/dt)m，（Pfm）m，(Urm－E)m分別為GTO關(guān)斷過(guò)程中動(dòng)態(tài)參數(shù)的極限值；