摘要：對功率開關(guān)器件緩沖電路的工作原理進行了分析，給出了緩沖電路關(guān)鍵器件參數(shù)值的選擇方法，利用電路仿真軟件Multisim對兩種緩沖電路進行了仿真試驗，分析了兩種電路的異同并驗證了其有效性。 關(guān)鍵詞：功率開關(guān)器件 緩沖電路 仿真 中圖分類號：TP319 [align=center]Analysis and Simulation of Buffer Circuit for Power Switching Device Zhang Yang Qu Yanbin Li Junyuan （Department of information science and engineering, Harbin Institute of Technology at Weihai, 264209） 張揚 曲延濱 李軍遠 （哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息科學(xué)與工程學(xué)院，264209）[/align] Abstract: The work principle of the buffer circuit for power switching device is studied. The choice of the main parts parameters is introduced. Schematic drawings of two kind of buffer circuit are built in the Multisim format and simulated. The similarities and differences between them are analyzed and the validities are proved. Keywords：Power Switching Device, Buffer Circuit, Simulation 1 引言 緩沖電路也稱為吸收電路，其作用包括控制MOSFET、IGBT等功率開關(guān)器件的關(guān)斷和續(xù)流二極管恢復(fù)浪涌電壓、減少開關(guān)損耗、限制電壓上升速率以及消除電磁干擾等幾個方面[1]。在功率開關(guān)器件的應(yīng)用中，隨著電壓、電流、頻率的不斷增加，對它的保護顯得尤為重要，而緩沖電路的作用就更加明顯。鑒于此，本文利用電路仿真軟件Multisim對MOSFET逆變器緩沖電路的保護性能進行了分析和比較。 2 逆變器緩沖電路的工作原理及其改進 圖1是逆變器中常見的三種緩沖電路，其共同特點是吸收電容C[sub]S[/sub]的電壓等于電源電壓，下次關(guān)斷前，電容電壓過沖部分的能量一部分回饋電源，另一部分消耗在電阻上。簡要分析圖1（c）中緩沖電路的工作過程如下： [align=center] （c） 圖1 三種常見的緩沖電路原理圖[/align] 理論分析和實踐表明，圖1（a）中的緩沖電路只在小功率等級時，對抑制瞬變電壓非常有效。隨著功率級別的增大，這種緩沖電路可能會與直流母線寄生電感L[sub]P[/sub]產(chǎn)生振蕩。在圖1（b） 所示的緩沖電路中，利用快速恢復(fù)二極管D[sub]S[/sub]可有效抑制瞬變電壓，從而抑制諧振的發(fā)生。但在功率等級進一步增大時，該電路的回路寄生電感L[sub]S1[/sub]則變得很大，不能有效抑制瞬變電壓。對于大電流電路可采用圖1（c）所示的緩沖電路，該電路可有效抑制振蕩，且回路寄生電感較小。 [align=center] 圖2 一種電容可變的緩沖電路[/align] 3 緩沖電路關(guān)斷波形及其元件的選擇[sup][3][/sup] 圖3給出的是緩沖電路的典型關(guān)斷波形。 式中： 應(yīng)該注意的是，緩沖二極管應(yīng)選用快速軟恢復(fù)型，以避免關(guān)斷時的嚴重振蕩。緩沖電阻應(yīng)選用無感電阻，以避免開通時發(fā)生振蕩。 4 緩沖電路的仿真分析 仿真結(jié)果如圖5所示，圖中同時給出了無緩沖電路以及具有上述兩種類型緩沖電路時開關(guān)器件的開通與關(guān)斷波形（分別用1、2、3表示），為便于比較，對這三種情況下MOSFET的觸發(fā)信號分別作了順延處理。 [align=center] （b） 開通波形 圖5 MOSFET開關(guān)電壓波形[/align] 由上圖可見，在仿真參數(shù)完全一致的情況下，圖2所示的緩沖電路在MOSFET關(guān)斷時能有效抑制瞬態(tài)過電壓，而當(dāng)MOSFET閉合時，由于電路中C[sub]S2[/sub]（C[sub]S5[/sub]）的存在，能夠在有限的時間內(nèi)將緩沖電路中的電荷釋放，有效避免了因C[sub]S[/sub]與L[sub]S[/sub]共振引起的振蕩（圖3中○B(yǎng)所指示的區(qū)域）。若需要調(diào)整放電時間，只需改變C[sub]S2[/sub]（C[sub]S5[/sub]）的值（如圖5（b）中曲線4為電容取值為10nF時的波形）。 與無緩沖電路相比，圖1（c）所示的緩沖電路雖能在一定程度上減小開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時的振蕩，但仍然具有很大的峰值，這是主要是因為C[sub]S[/sub]的取值偏小所引起，將圖1（c）中的C[sub]S[/sub]增大至600nF時進行仿真，其關(guān)斷波形如圖6所示，有效地抑制了關(guān)斷浪涌的產(chǎn)生。 另外，通過對不同頻率下前述兩種緩沖電路的仿真分析發(fā)現(xiàn)，其效果基本一致，隨著開關(guān)頻率的增加，兩個尖峰電壓都呈減小趨勢[4]。這是因為阻感性負載對母線電流的變化有抑制作用，頻率高到一定程度母線電流還未達到穩(wěn)定值開關(guān)管便被關(guān)斷，而兩個電壓尖峰都與母線電流有關(guān)，但隨著頻率的增加，其關(guān)斷波形變差，輸出功率降低，所以在高頻時一般采用軟開關(guān)。 [align=center] 圖6 增大圖1（c）中Cs后的關(guān)斷波形[/align] 5 結(jié)語 本文通過仿真分析了常用的C型緩沖電路及一種電容可變的緩沖電路，兩種電路均能有效地抑制開關(guān)器件開通和關(guān)斷時的瞬態(tài)電壓峰值，相比而言，文獻[2]中提出的緩沖電路雖然相對復(fù)雜，但效果更佳。 總之，在實際應(yīng)用中，有效地利用仿真工具針對不同電路情況對緩沖電路進行分析，可以實現(xiàn)電路參數(shù)的優(yōu)化，找到滿足設(shè)計要求的電路。 參考文獻 [1]黃石生. 新型弧焊電源及其智能控制[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2000. [2]周躍慶, 尹中明. 一種新型IGBT緩沖電路的設(shè)計[J]. 電焊機, 2004, 34（10）: 11-12. [3]徐曉峰等. IGBT逆變器吸收電路的研究. 電力電子技術(shù), 1998, 32（3）: 43-47. [4]孫強, 余娟等. MOSFET逆變器緩沖電路仿真分析[J]. 電氣應(yīng)用, 2005, 24（5）: 42-44. 作者簡介： 張揚（1975.12-），男，山東青島人，講師，碩士，主要從事人工智能、計算機控制等方面的研究。 曲延濱（1961-），男，山東牟平人，教授，博士，研究方向：計算機控制、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用、控制理論與應(yīng)用。 聯(lián)系方式： 通信地址：山東省威海市哈工大教工5號信箱 單 位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息科學(xué)與工程學(xué)院 姓 名：張揚 郵政編碼：264209 電 話：0631-5687204 E-mail: zhangyang_hit@163.com