ＩＧＢＴ功率器件工作中存在的问题及解决方法潘星．刘会金（武汉大学电气工程学院，湖北武汉４３００７２）摘要：绝缘栅双极型晶体管ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐ０１ａｒＴｒａＩｌｓｉｓｔｏｒ）因其开关速度快、工作频率高、控制方便等优点得到广泛应用，但随着电力电子技术的高频、大功率化发展。开关工作时会造成较高损耗和严重的电磁干扰。甚至元件本身也会因过压、过流问题造成损坏。从ＩＧＢＴ的内部结构特点出发，讨论了ＩＧＢＴ工作中上述问题存在的原因，整理了目前国内外常用的一些处理措施。包括软开关技术、吸收电路技术以及研制新的开关元件等。软开关通过控制电压、电流状态。使其在开关过程中保持不变，抑制ｄｉ／ｄｔ，ｄＭ／ｄ￡；吸收电路是吸收开关过程中ｄｉ／ｄ￡，ｄＭ／ｄ￡产生的多余能量，然后反馈至其他地方。而采用新的开关元件集成门极换流晶闸管ＩＧＣＴ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＧａｔｅＣｏｍｍｕｔａｔｅｄ％ｖｌｉｓｔｏｒ）。从开关本身出发解决问题是个有潜力的方案。关键词：ＩＧＢＴ；ｄｉ／ｄｚ；软开关技术；吸收电路中图分类号：ｒＩＮ３８６．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—６０４７（２００４Ｊ０９—０００９—０６Ｏ引言２０世纪８０年代问世的绝缘栅双极型晶体管ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ’Ｉｈｎｓｉｓｔｏｒ）是一种新型的电力电子器件，它综合了电力晶体管（ＧＴＲ）和金市场规范之间的矛盾日益突出。为解决以上问题，缓冲电路和软开关技术得到了广泛的研究．同时也进一步研制开发新的开关器件，都取得了迅速的进展。本文针对这方面进行了综述ｊ１属氧化物半导体场效应晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。随着电压、电流等级的不断提高，ＩＧＢＴ成为大功率开关电源、逆变器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。理论和实践都已证明．如果把ＳＰＷＭ逆变器的开关频率提高到２０ｋＨｚ以上，逆变器的噪声会更小，体积会更小，重量会更轻，输出电压波形会更加正弦化，可见，高频化是逆变技术发展方向［¨。但是，通常的ＳＰＷＭ逆变器中，开关器件在高电压下导通，在大电流下关断，处于强迫开关过程。因此在高开关频率下运行时将受到如下因素的：ａ．在开通和关断瞬间产生的电压和电流尖峰将会使开关器件的状态运行轨迹超出安全工作区（ＳＯＡ），影响开关可靠性；ｂ．开关损耗随开关频率成正比上升：ｃ．过高的ｄｉ／ｄ￡将产生严重的电磁干扰（ＥＭＩ），能通过ＩＧＢＴ和缓冲电路之间的线路电感引起开关时的电压过冲。而二极管反向恢复时的ｄ“／ｄ￡和ＩＧＢＴ关断时的浪涌电压会在开关时产生噪声。因此，随着现代电力电子技术的高频大功率化发展，开关损耗、电磁干扰与开关频率、变换效率和收稿日期：２００３—１２—３ｌ；修回日期：２００１４—０３—１５ＩＧＢＴ工作受到的原因首先，讨论ＩＧＢＴ的内部结构特点。ＩＧＢＴ‘为４层结构，体内存在一个寄生晶闸管，等效电路如图ｌ所示。在ＮＰＮ管的基极与发射极之间存在一个体区短路电阻Ｒ。，Ｐ型体区的横向空穴流会产生一定的压降，对Ｌ结而言相当于一个正偏置电压。在规定的珏范围内，这个正偏置电压不大，ＮＰＮ管不会导通。当ｉ。大于一定程度时，该正偏置电压足以使ＮＰＮ管开通，进而使ＮＰＮ和ＰＮＰ管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，栅极失去控制作用，即擎住效应，它使如增大，造成过高的功耗，甚至导致器件损坏［２］。线路电感Ｌ≠０时电路见图２，关断过程中，感性负载电流ｉ。保持不变，即ｉ。＝ｉ，＋ｉｖ保持不变，ｉ，从零增大到ｉ。。由于二极管Ｖ导通，％Ｅ＝０，由于ｉ，随时间线性减小，电感￡，两端感应电压Ｍ。＝‰。＝Ｌｄｉ，／ｄｔ应为负值，配曲为正值，即Ｃ点电位高于曰点电位。图１ＩＧＢＴ内部结构电路图Ｆｉｇ．１’ｎｌｅｉｎｎｅｒ曲ｍｃｔｕｒｅｏｆＩＧＢＴＧＪ万方数据 电力自动化设备第２４卷厶ｄ井／ｄ￡ｌ＝Ｒ巩Ｌ，ｔ。，ｋ使Ｍ衄波形分为两段。ＩＧＢＴ在关断过程中，ＭＯＳＦＥＴ关断后．ＰＮＰ晶体管中的存储电荷难以迅速消除，使集电极电流波形变为两段。造成集电极电流较大的拖尾时间。开通关断时间的延迟会增加开关损耗，并且，每开通关断一次损耗就会累加，如果开关频率很高，损￡ＤＤ（ａ）电路（ｂ）波形图２线路电感不为零肘的开关过程Ｆｉｇ．２’ｎｌｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｈｅｎｌｉｎｅｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｉｓｎｏｔｚｅｍ耗就会很大，除了降低逆变器的效率以外，损耗造成的最直接的影响就是温度升高。这不仅会加重ＩＧＢＴ发生擎住现象的危险，而且，会延长集电极电流的下降时间和集射电压的上升时间。引起关断损耗的增加。显然。这是一个恶性循环，因此，为ＩＧＢＴ提供良好的散热条件是有效利用器件、减少损耗的主要措施。噪声是由开关输出电容的谐振电流产生的，它的频率就是输出电容和线路电感的谐振频率［３］。从以上分析可见．是ｄｉ／ｄ￡导致ＩＧＢＴ的正常工作受到。由于故ｉＴ＝瓦（１一∥如）ｕＬ＝‰ｃ＝￡，ｄｉＴ／ｄｔ＝一￡。ｉ。／幼＜０ｕ佃＝一‰ｃ＝￡，ｉ。／坼在坼下降的￡＾期间，开关两端电压ＭＴ＝ＭｃＥＭ＝巩一ＭＬ＝巩＋￡，ｉ。／统因此，在关断过程一开始，“，立即从零上升到Ｍ。。Ｍ，在ｉ，从瓦下降至零期间，Ｍ，＝Ｍ∞Ｍ不变，直到ｉ，＝０，ｉｖ＝ｉ。以后，Ｍ，才下降为电源电压巩，变化如图２（ｂ）所示。Ｍ。ＥＭ超过巩的数值取决于厶，ｔ＾和负载电流ｉ。，显然过快的电流下降率ｄｉ／ｄｔ（即ｔ＾小）、过大的杂散电感￡。或过大的负载电流都会引起关断２解决方法对于ｄｉ／ｄ￡造成的开关损耗、过电压和过电流，一般采取的措施有：应用软开关技术、采用吸收电路和其他方法。２．１软开关技术的应用软开关技术是在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善．从而降低开关损耗和开关噪声。下面介绍目前适用于ＤＣ／ＤＣ和ＤＣ／ＡＣ变换器的软开关技术。２．１．１谐振型变换器谐振型变换器是负载Ｒ与三Ｃ电路组成的负载谐振型变换器，其中的谐振元件在整个开关周期中一直工作，参与能量变换的全过程，这种变换器的工作状态与负载的关系很大，对负载变化很敏感，一般采用脉冲频率调制（ＰＦＭ）输出电压和功率。２．１．２准谐振型变换器和多谐振型变换器如图３所示为准谐振型变换器（ＱＲＣｓ）的基本开关单元。这类变换器的特点是谐振元件只参与能量变换的某一阶段而不是全过程。图４为多谐振型变换器（ＭＲＣｓ）的零电压多谐振电路。Ｃ时元件严重过电压，且伴随着很大的功耗。尽管ＩＧＢＴ的快速开通和关断有利于缩短开关时间和减小开关损耗，但过快的开通和关断，在大电感负载下反而有害。开通时。存在续流二极管反向恢复电流和吸收电容器的放电电流。因此开通越快，ＩＧＢＴ承受的峰值电流也就越大。甚至急剧上升，导致ＩＧＢＴ或者续流二极管损坏。关断时。大电感负载随ＩＧＢＴ的超速开通和关断，将在电路中产生频率和幅值很高而宽度很窄的尖峰电压￡ｄｆ／ｄｆ，常规的过电压吸收电路由于受蓟二极管开通速度的难以吸收该尖峰电压，因而ｕ。。陡然上升产生过冲现象，ＩＧＢＴ将承受较高的ｄ龇。／ｄ￡冲击，有可能造成自身或电路中其他元器件因过电压击穿而损坏，所以在大电感负载时，Ｉ曲Ｔ的开关时间不能过短。在ＩＧＢＴ关断的动态过程中，如果ｄｎ凹／ｄｆ越高，则在Ｊ：结中引起的位移电流Ｃ，：ｄ毗。／ｄｆ越大。当该电流流过体区短路电阻尺。时，可产生足以使ＮＰＮ晶体管开通的正向偏置电压．满足寄生晶闸管开通擎住的条件，形成动态擎住效应。温度升高会加重ＩＧＢＴ发生擎住现象的危险。使ＩＧＢＴ发生擎住的如Ｍ在温度升高后会严重下降［２］。ＳＯＡ是由最大集电极电流，ｃＭ、最大集射极间电压Ｍ衄和电压上升率ｄＭ。。／ｄ￡三条极限边界线围成的，随ＩＧＢＴ关断时的ｄＭｃＥ／ｄｔ而改变，ｄＭｃ。／ｄｔ越高，ＳＯＡ越窄，因此在开通和关断瞬间产生的高ｄＭ。。／ｄｔ将会使开关器件的状态运行轨迹更容易超出ＳＯＡ，影响开关可靠性。ＩＧＢＴ在开通过程中，大部分时间是作为ＭＯＳ．ＦＥＴ运行的，只是在集射电压Ｍ。。下降过程后期，ＰＮＰ晶体管由放大区至饱和区。增加一段延缓时间，（ａ）零电压准谐振电路（ｂ）零电流准谐振电路图３准谐振电路的基本开关单元Ｆｉｇ．３ｎｅＣｌｂａｓｉｃｓｗｉｔｃｈｉｎｇｕｎｉｔｏｆＱＲＣ图４零电压多谐振电路Ｆｉｇ．４Ｚｅｍ—ｖｏｌｔａｇｅ－ｓｗｊｔｃｈｍｕｌｆｉｃｉｒｃｕｉｔ万方数据 第９期潘星。等：ＩＧＢＴ功率器件工作中存在的问题及解决方法ＱＲＣｓ只能改善变换器中一个开关器件的开关转变时才启动谐振电路，为开通或关断制造零电压特性。而ＭＲＣｓ可以同时改善多个开关器件的开关特或零电流条件。因此。变换器可按恒定频率ＰＷＭ方性，一般采用脉冲频率调制法输出电压和功率。式运行。但是，由于谐振电感￡。是与主开关管串联，２．１．３谐振型直流环节逆变器￡，除承受谐振电流外还要提供负载电流，这样电源谐振型直流环节逆变器（ＲＤＣＵ）的特点是在直供给负载的全部能量都要经过￡，，使得电路中存在流母线与逆变器直流输入端之间加入一个辅助￡Ｃ很大的环流能量，增大电路的导通损耗；此外，￡，的谐振回路，如图５（ａ）所示，逆变器工作时启动￡Ｃ电储能极大地依赖输入电压和负载电流，电路很难在路不断地谐振，使并联在直流母线上的电容电压ｕ。很宽的输入电压变化范围和负载电流大范围变化时周期性地变为零。从而为后面的逆变桥开关器件创满足零电压、零电流开关条件。造零电压开关条件，该电路中电压№的谐振峰值２．１．５零转换ＰＷＭ变换器很高。增加了对开关器件耐压的要求。以这种电路如果将￡，及其辅助开关电路改为与主开关并为基础，出现了不少性能更好的软开关电路，如图５联，如图７所示，主开关通态时，￡，中不流过负载电（ｂ）是特性较为优良的直流环节并联谐振型逆变流。仅在“开通”与“关断”时启动辅助开关电路形成器（ＰＲＤＣＵ）。该电路中开关器件可在任何时间开主开关管的零电压或零电流条件，改变主开关通、断关，谐振可在任何时间进行，所有开关器件承受的状态，开通或关断电路。这时辅助电路的工作不会增加主开关管的电压和电流压力。逆变器可以在很电压应力不超过巩，谐振电路的开关动作均在零电压条件下进行。谐振电感￡不在主回路能量传递通宽的输入电压范围和负载电流范围内工作在软开关状态，且电路中的无功交换被削减到最小。这种道上，仅用作需谐振过零时的储能元件，谐振电容ＰＷＭ变换器称为零转换ＰＷＭ变换器。该电路简和每个主开关器件并联，可以利用器件本身的寄生单，高效。电容作谐振电容。￡。烀。＝ｃｒ马留马留晋留Ａ三仉Ｂ巴留马船巴留｝Ｃ（ａ）零电压转换（ｂ）零电流转换图７零转换ＰＷＭ电路的基本开关单元Ｆｉｇ．７’ｒｈｅｂａｓｉｃｓⅥｉｔｃｈｉｎｇｕＩｌｉｔ０ｆｚ］［ＰＷＭｃｉｒｃｕｉｔ２．２采用吸收电路Ａ软开关技术需要附加额外的开关元件、辅助电ＢＣ源、检测手段、控制策略等，或改变传统硬开关ＰＷＭ的工作模式、电路拓扑…，且要求其谐振能量必须足够大以创造零电压或零电流开关条件。辅助电路自（ｂ）豫ＤＣＵ身功耗及可能出现的较高通态电流等因素将使软开图５谐振直流环电路原理图关电路附加一些损耗。还要求辅助开关驱动电路要Ｆｉｇ．５ｎｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｓ与主开关驱动电路隔离，开关时间更快等，电路与ｏｆＲＤＣＵ锄ｄＰＲＤＣＵ控制的复杂化带来了成本的提高与可靠性的降低，故许多软开关技术的推广应用受到【５］。为此，寻图６为零开关ＰＷＭ电路的基本开关单元。找性价比更优越的方案是当前电力电子技术领域的热门研发课题。其中，只用无源元器件实现的吸收电路，因不需额外的辅助开关和相应的控制、检测、驱动电路，成本低、可靠性高、附加损耗小，而得到重视［５１。（ａ）零电压邢ＩｒＭ开关电路（ｂ）零电流ＰＷＭ开关电路吸收电路，又称缓冲电路。其作用是抑制电力图６零开关ＰＷＭ电路的基本开关电子器件的关断过电压、ｄｕ／ｄｔ或者开通时电流过冲和ｄｉ／ｄｔ。减小器件的开关损耗。吸收电路一般Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｂａｓｉｃｓ诵ｔｃｈｉｎｇｕｎｉｔｏｆＺＳＰＷＭｃｉｒｃｕｉｔ分为以下两类：这类变换器是在ＱＲＣｓ基础上加入一个辅助开ａ．吸收电路中储能元件的能量如果消耗在其吸收电阻上，称其为耗能式吸收电路；万 方数据２．１．４零开关ＰＷＭ变换器关管控制谐振元件的谐振过程。仅在需要开关状态西电力自动化设备第２４卷ｂ．若吸收电路能够将其储能元件的能量回馈给负载或电源，称其为能量回馈型吸收电路，或称为无损吸收电路。传统的耗能式吸收电路把这些能量通过电阻泄放。主管开关损耗的降低以额外吸收损耗的增加为代价．而无损吸收技术的关键在于能够将储能元件中的能量回馈至电源、负载或大幅削减其数值，从而削弱损耗问题．大大增加吸收强度．达到软开关目的［４］。目前．广泛采用的几种优化的耗能式吸收电路如图８所示，较之于常规类型均能够以较少附加元件和较低能耗实现吸收。其中图８（ｂ）（ｃ）分别是著名的ＭｃＭｕＨ氇ｙ和Ｕｎｄｅｌ粕ｄ吸收电路［４１。器的结构。这一拓扑中电感单纯用作抑制吸收电容充放电电流，对于一般逆变桥臂则起不到开通缓冲作用。图９（ｅ）‘１０］是针对ＩＧＢＴ逆变器设计的“开通吸收一关断电压钳位”电路。ＩＧＢＴ在容性强吸收造成的低电压关断条件下尾部电流时间会拉长，使其开关速度相对降低，而吸收电容值增加对关断损耗的抑制作用削弱，变压器作为电压源存在于吸收电路中，因其非理想特性——存在自感和漏感，附带了钳位电压过冲和磁通复位时副边二极管承受极高电压的问题。吸收电路是最早被采用的开关应力改善方法。相比软开关技术，它在变换效率、可靠性等指标上以及性价比方面占优［１１］。但也存在一些缺点，因其无附加开关，储能元件经主开关复位，导致稳态附加应力；还具有较强负载依赖性；对变压器的需求会带来一系列问题；吸收网络相对复杂。附加损耗大，分析困难等。这些都是与无源方式的固有性质相关联的。２．３其他方法由前面的分析可知，相对于同样的ｄｉ／ｄ＃，如果减小杂散电感厶的数值，同样可以缓减关断过程的ｄ配。。／ｄｔ。应用中应尽量减少走线长度，并采用双绞线。或者采用一种新的开关器件集成门极换向晶闸管ＩＧＣＴ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＧａｔｅＣｏｍｍｕｔａｔｅｄＴｈｙｒｉ§ｔｏｒ），凭借其优越的性能特点，有效地抑制线路分布电感对开关过程的影响。ＩＧＣＴ是以ＧＴＯ为基础、并借鉴大功率ＩＧＢＴ的５层结构对其纵向进行优化设计而成功开发的新型器件。它具有与ＧＴ０完全不同的关断机理：在门极硬驱动信号作用下，在主阻断结电压上升前关断阴极发射极，全部阴极电流在１¨ｓ左右的时间内快速转换到门极．此后ＩＧＣＴ的关断转化为ＰＮＰ晶体管的关断。完全避免了晶闸管类器件的非均匀关断现象Ⅱ２１。甄薹羽（ａ）阻容二极管电路（ｂ）ＭｃＭｕｒ．ｒａｙ（ｃ）Ｕｎｄｅｌ∞ｄ图８几种耗能式ｉ殁收电路Ｆｉｇ．８Ｅｎｅｒｇ）ｒ—ｃｏｎｓｕｍｉｎｇｓｎｕｂｂｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓ实现桥臂无损吸收见诸文献的大约有如图９所示几种。图９（ａ）电路［６］从理论上实现了逆变器桥臂的无源无损吸收，但用作能量回馈的变压器，其副边的二极管耐压值过高是该电路的致命弱点。图９（ｂ）是无损吸收电路［７】研究的最新水平，它可完全用ＬＣＤ网络实现无损吸收．避免了互感元件带来的一系列问题，它最大限度地归并元件，工程适用化程度高：但也存在一些问题，如主开关关断冲击电压和开通电流过冲相互制约．且负载依赖性大，工作适应范围小，设计、安装难度大，多相臂间可能相互影响等。图９（ｃ）（ｄ）陬９３实际上是用于桥式ＤＣ—ＤＣ变换（ａ）变压器反馈吸收电路ｚ（ｂ）ＬｃＤ无损吸收电路∑一（）弋雌一厂，ｒ、一＼Ｌ／ｊ卜。１Ｚ∑∥ｌ∑一ＺＺ（ｃ）升压斩波吸收电路∑Ｊ（∽＝（ｅ）开通吸收一关断钳位电路（ｄ）降压斩波吸收电路图９几种无源无损耗吸收电路Ｆｉｇ．９ｋｓｓｌ９ｓｓ：ｐａｓｓｉｖｅｓｎｕｂｂｅｒｃｉｒｃｕｉｔ万方数据 第９期潘星，等：ＩＧＢＴ功率器件工作中存在的问题及解决方法＠ＩＧＣＴ的主要性能特点如下：ａ．更可靠的门极驱动。ＩＧＣＴ门极驱动电路围绕门极换流晶闸管（ＧＣＴ）而设置，与ＧＣＴ组成一体。这种设计使得ＩＧＣＴ门极驱动的造价；ｆⅡＩ故障率大大降低［１３］。ｂ．性能更强的关断特性。由于硬驱动使得ＧＣＴ在ｌ¨ｓ内可从ＰＮＰＮ状态转变为ＰＮＰ状态，关断完全以晶体管方式发生，这种均匀关断使ＳＯＡ增大到完全动态雪崩区域。这样的关断特性使得ＩＧＣＴ不需关断吸收电路，且可以直接串联工作。ｃ．更小的通态及关断损耗。缓冲层的采用使得在相同正向击穿电压下ＩＧＣＴ器件厚度减少了３０％，从而大大减少了导通和开关损耗。由于损耗特性的改进以及现在可以在无吸收电路下工作．ＩＧＣＴ可以工作在５００Ｈｚ～２ｋＨｚ的开关频率范围内。ｄ．更少的外围元件及更低的装置成本。ＩＧＣＴ所独有的特性使得它不需要关断吸收电路。ＩＧＣＴ结构集成了续流二极管，使得装置更加简化、可靠。此外。ＩＧＣＴ的特性及其导致的元件数减少，使得变流器装置成本减少３０％以上［１４］。电路应用有困难的场合，借鉴和融人软开关技术的思路，引入新的开关元件，以简明策略加以控制来回馈吸收能量是吸收电路技术发展的方向之一。ｂ．与软开关技术的有机结合。软开关技术结合吸收电路的例子已有一些，如零电流转换开通与吸收式软关断相结合，或者吸收式软开通与零电压转换关断相结合。软开关技术发展至今，学术界有一种看法．即可把软开关技术归结为对电感、电容等“惰性”元件中某些物理量不可突变特性的利用和，它们的基本原理、研究手段、分析方法均有共通之处．可以从各种软开关技术中提炼出共性的规律，各类软开关技术的思路、着眼点和方向各异，各有其优点、长处，在这样的指导思想下，有机地萃取各自的优势，有可能以最小代价获得最佳结果［引。除了采用吸收电路和软开关技术改善开关元件的开关状态这一方法以外，还可通过选用新的开关元件达到目的。由于ＩＧＣＴ简化的门控单元，关断时间及其分散性大大降低，非常适用于高压串联应用；低的开关损耗使其开关频率得以提高；无吸收关断及集成有高性能的续流二极管可以大大简化应用电路；系统可靠性高；ＩＧＣＴ的模块化属性使其置换非３发展趋势为降低ＰＷＭ逆变器中的功率开关高频工作下的开关损耗、改善线路电感分布电容等因素对开关及其工作过程的影响、抑制开关在开通和关断时的ｄｉ／ｄｔ和ｄ配／ｄ￡、减少噪声等，可以采用附加辅助电路的方案改善开关和关断前后的电压、电流状态。使开关过程尽量符合上述要求，或者直接采用更新型的开关元件，达到同样的目的。对于前者，近十年来提出了许多软开关技术和吸收电路技术方案。其中。软开关技术利用额外的开关管使主开关管工作常简便：利用ＩＧＣＴ技术可以使功率控制装置成本降低３０％以上［１３］。４结论软开关的作用是在开关处于零电压或零电流状态时开通或关断，则理论上由于元件在开关前后状态不变．即ｄｉ／ｄｆ＝０或ｄＭ／ｄｔ＝０，就没有了过压和过流的问题，而且，开关速度不受影响，损耗就减少了。但为了制造软开关，开通状态下的电压、电流难免会作相应的变化（振荡），会增加通态损耗，不过导通压降不是很大，因此，损耗不会增加很多。吸收电路的作用主要是将在元件开关过程中产生的过电压和过电流等多余的能量吸收，并存储在储能元件里，等开关处于稳定状态时，再想办法把储存的能量反馈到电源和负载中，以提高逆变器的效率。前者是采取“堵”的方法抑制ｄｉ／ｄ￡和ｄＭ／ｄｔ，后者是采取“疏通”的方法吸收ｄｉ／ｄｔ和ｄｕ／ｄｆ，然后将其反馈至其他地方。两种方法各有优缺点，从前面的分析可知。后者比前者更有发展前景。另外。采用新的开关元件ＩＧＣＴ，从开关元件本身出发，解决ｄｉ／ｄｔ，ｄｕ／ｄｆ产生的问题，也是一种有发展潜力的方案。参考文献：［１］刘风君．正弦波逆变器［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２．ＵＵＦｅｎｇ－ｊｕｎ．ＳｉｎｕｓｏｉｄｉｎＶｅｎｅｒ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００２．于零电压或零电流状态。吸收电路方式则利用无源器件通过参数匹配达到同样的效果。从实现的复杂性及性价比看．采用吸收电路具有一定优势，然而它无法消除开关管寄生电容的影响：但考虑到软开关技术方案中辅助开关管引入的损耗及对功率半导体技术的发展要求。采用吸收电路的方法是很有发展前景的［１５］。纵观其以往的发展过程，今后的发展趋势上要重视以下两点：ａ．借鉴和融入有源的思想。有源软开关技术具有无源吸收电路缺乏的工作、附加应力小、结构简单等特点。从吸收技术的发展历史看，有源和无源方式是在逐步向对方靠近的，例如文献［７］所述桥臂无源无损吸收技术，利用了主开关本身作为有源能量回馈的主体。而且一些软开关技术采用新的驱动技术或工作原理。可使用与主开关驱动信号有简单逻辑关系的信号控制辅助开关，甚至由电路进行自驱动，这样控制、检测、驱动等附加电路可去除几项甚至全部去掉，可称为“准无源”技术。所以，在吸收万方数据 ［２］李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南（第一１０８ｓｌｅｓｓｐａｓｓｉｖｅｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｅｔＩｌｏｄｓｆｏｒＰＷＭ册）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．ｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．ｍＥＥＴ糟ｎｓ．ｏｎＰｂｗｅｒ圈∞ｔｍｎｉ璐，２００１，ＵＨｏｎｇ．Ｍａｎｕａｌｏｆｍｏｌｅｃｔｍｎａｎｄｐａｒｔｓｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃ．１６（３）：３３６—３４４；２００２，１７（６）：８６４—８７３．ｔｍｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（Ｖｏｌ１）［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅ［１２］刘国友．ＩＧＣＴ——研ｒ０技术的最新进展［Ｊ］：半导体技Ｐｒｅｓｓ．２００１．术，２０００，２５（３）：９—１２．［３］ＳＥＩＫＩｌ，ＳＡＴＯＫＩＴ，ＫＡＺＵ０Ｋ．ＡｎａｌｙｓｉｓａＪｌｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎＵＵＧｕｏ．ｙｏｕ．ＩＧＣＴ：ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＧＴＯ［Ｊ］．ｍｅ山ｏｄｓｏｆＥＭＩｍｄｉａｔｉｏｎａｌｎｏｉｓｅｆＩ＿ｏｍｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓｅｍｉｃｏｎｄ眦ｔｏｒＴｅｃｈ砷ｌｏ留，２０００，２５（３）：９—１２．［Ａ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｌｉ鹤Ｓｐｅｃｉａｌｉｓ忸Ｃ伽如ｒｅＩＩ∞［Ｃ］．［１３］Ｓ’ＩＥＩＭＥＲＰＫ，ＧＲＵＮＩＮＧＨＥ，ＷＥＲＮＩＮＧＥＲＪ，ｅｔ以．Ｆｕｋｕｏｋａ，Ｊａｐ蛐：ＩＥＥＥ，１９９８．１１５２—１１５８．ＩＧＣＴ—ａｎｅｗｅｍｅ呼ｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｈｉｇｈｐｏｗｅｒ，ｌｏｗ［４］邓焰，何湘宁，钱照明．逆变桥臂无源吸收技术［Ｊ］．电ｃｏｓｔｉｎｖｅｎｅｒｓ［Ａ］．Ｍ哪ｔＩ了ＡｐｐＵ∞ｔｉｏ峭Ｃｏｎｆｅ弛ｎ∞气传动，２０００，（５）：４０—４３．［Ｃ］．Ｎｅｗ０ｄｅａｎｓ，ＩＡＵＳＡ：ＩＥＥＥ，１９９７．１５９２一１５９９．ＤＥＮＧＹａｎ，ＨＥＸｉａｎｇ—ｎｉｎｇ，ＱＩＡＮＺｈａｏ－ｍｉｎｇ．Ｐａｓｓｉｖｅ［１４］刘文华，胡雨辰，刘炳，等．ＩＧＣＴ和ＩＥＧＴ——适用于ｓｎｕｂｂｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｉｎｖｅｎｅｒｂｒｉｄｇｅＩｅｇｓ［Ｊ］．Ｅ五∞－ＳＴＡＴＣＯＭ的新型大功率开关器件［Ｊ］．电力系统自动ｔ—ｃＤ—ｖｅ，２０００，（５）：４０—４３．化，２０００，２４（２３）：６６—７０．［５］ＳＭｒｒＨＫＮＪｒ，ＳＭＥＤＬＥＹＫＭ．Ｌ０８ｓｌｅｓｓｐａｓｓｉｖｅｓｏｆｔｓｗｉ－ＵＵＷｅｎ．ｈｕａ，ＨＵＹｕ．ｃｈｅｎ，ＵＵＢｉｎｇ，ｅｆ越．ＩＧＣＴ锄ｄｔｃｈｉｎｇｍｅｔｌｌｏｄｓｆｏｒｉｎｖｅｒｔｅｒｓａｎｄ锄ｐｌｉｆｉｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＩＥＧＴ—ｎｅｗｈｉ小ｐｏｗｅｒｓｉｌｉｃｏｎｓｗｉｔｃｈｅｓ蛐ｉｔａｂｌｅｆｏｒＴＨＩｎｓ．ｏｎＰｏｗｅｒＥｌｅｃ打ｏｎｉ璐，２０ＤＯ，１５（１）：１６４—１７３．Ｓ７Ｉ＂ＣＯＭ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａ６０ｎ０ｆ劭∞倒ｃＰｏｗｒｅｒ［６］ＨＯＩＪｌ＇ＺＳｙｓ细ｓ，Ｊ，ＳＡＩＡＭＡＳ，ＷＥＲＮＥＲＫＨ．Ａｎｏｎ－ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ２０００，２４（２３）：６６—７０．ｓｎｕｂｂｅｒｃｊｆｃｕｎｆｏｒｈｉ曲－ｐｏｗｅｒ刚ｒｏｉｎｖｅｎｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａ煅．蚰Ｉｎｄ喊ｒｙＡ呻Ｕｃａｔｉ∞ｓ，１９８９，２５（４）：６２０一６２６．［１５］王京梅，兰中文，余忠，等．零电压一零电流ＰＷＭ软开Ｊ，ＷＩＵ肌。ＭＳＷ，ｅｔ耐．Ａｎ关技术研究［Ｊ］．电子器件，２００２，２５（４）：３４０一３４４．［７］ＨＥＸ，ｎＮＮＥＹＳＢｉｍｐｍｖｅｄＷＡＮＧｔｕｍ－ｏｎａｎｄｔｕｍ—ｏ舀ｓｎｕｂｂｅｒ［Ａ］．Ａｐｐ吐ｅｄＪｉｎｇ－ｍｅｉ，ＩＡＮＺｈｏｎｇ－ｗｅｎ，ＹＵＺｈｏｎｇ，ｅ￡以．Ｒｅ·ｐａｓｓｉｖｅｌｏｓｓｌｅｓｓＰ协张ｒＥｌ∞ｔｒｏｎｉｃｓＣ伽血弛ｎ∞舡ＩｄＥ】【即ｌｓｉ廿ｏｎ［Ｃ］．ＳａｎｓｅａｒｃｈｏｆＺＶＳ—ＺＣＳＰＷＭｓｏｆｔｇｗｉｔｃｈ［Ｊ］．Ｊｏ哪ｍｏｆＤｉｅｇｏ，ＣＡＵＳＡ：ＡＰＥＣ’９３，１９９３．３８５—３９２．勘ｅｍ帅Ｄｅ、ｒｉｃ鹤，２００２，２５（４）：３４０—３４４．［８］ＴＡＮＡＫＡ［１６］ＰＥＴＫＯＶＲ，ＨＯＢＳＯＮＬ．Ｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｎｏｎｄｉｓ－Ｔ，ＮＩＮＯＭＩＹＡＴ，ＨＡＲＡＤＡＫ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆ．ｄｉ８ｓｉｐａｔｉｖｅｔｕｍ．ｏ圩ｓｎｕｂｂｅｒｉｎａ｛．ｏｒｗａｒｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ａ］．ｓｉｐａｔｉｖｅｓｎｕｂｂｅｒ［Ａ］．Ｐｏｗｅｒ口∞ｔｒｏｌＩｉ心Ｓｐｅｄ枷ｓｔｓＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｊａＳｐｅｄａｌｉｓｔｓＣｏ哦ｎ眦ｅ［Ｃ］．Ｋｙｏｔｏ，Ｃｏｎｆｅｍ砒ｅ。２５ｔｌＩＡｎｎｕｍ皿ＥＥ［Ｃ］．Ｔａｉｐｅｉ：ＩＥＥＥ，１９９４．Ｊ印ａｎ：ＩＥＥＥ，１９８８．７８９—７９６．１１８８—１１９５．［９］ＨＥＢｕｔｉｌｉｓ撕ｏｎｉｎｔｌＩｅＸ，ＦＩＮＮＥＹＳＪ，ＷⅡ工ＩＡＭＳＷ，ｅｆ以．Ｎｏｖｅｌｐａ８一［１７］ＰＥＴＫＯＶＲ，ＬＥＩ淝ＮＪ．ＰＷＭｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｖｅｌｏｓｓｋｓｓｓｏｆｔ．ｃｌａｍｐｅｄｓｎｕｂｂｅｒｆｏｒｖｏｌｔａｇｅｉｎ．ｑｌｌ髂ｉｒｅｓｏｎａｌｌｔｃｏｎｖｅｒｔｏｒ［Ｊ］．ｍＥＥｋ蛐血Ｐｏ骶ｒＡｐ曲－ｖｅｎｅｒｓ［Ａ］．ＡｐｐⅡｅｄＰｏ骶ｒ日∞ｔｒｏｎｉｃｓＣ伽ｆｅ№ｎ∞ａｎｄ翻ｔｉｍ坞，１９９５，１４２（２）：１４５一１５３．Ｅｘｐｏｓｉｄｏｎ［Ｃ］．ＳａＩｌＪｏｓｅ，ＣＡＵＳＡ：ＡＥＰＣ’９６，１９９６．２００一（责任编辑：李玲）２０６．［１０］ＳＭ删ＫＭＪｒ，ＳＭＥＤＩ正ＹＫＭ．Ｌｏｓ８ｌｅｓｓｐ∞ｓｉｖｅｓｏｆｔ作者简介：ｓ而ｔｃｈｉｎｇｍｅｔｌｌｏｄｓｉｎｖｅｒｔｅ玛ａｎｄ锄ｐｌｉｆｉｅ瑙［Ａ］．Ｐ０．星（１９７９一），女，浙江台州人，硕士研究生，研究方向ｗｅｒＥｋ：咖ｉｃｓｆｏｒ潘Ｓｐ∞ｉｌ－ｌｉｓｔｓＣｏ曲盯ｅ眦ｅ［Ｃ］．Ｓｔ．ｋｕｉｓ，为电能质量控制（Ｅ－ｌｔＩａｎ：ｓｔ唧ａ＠１６３．ｃｏｍ）；Ｍ０ＵＳＡ：ⅢＥＥ．１９９７．１４３ｌ一１４３９．刘会金（１９５２一），男，湖北大冶人，教授，博士研究生导［１１］ＳＭ删ＫＭＪｒ，ＳＭＥＤＬＥＹＫＭ．Ｅｎ百ｎｅｅ咖ｇｄｅｓｉ印ｏｆ师。从事电能质量控制以及灵活电力系统领域等方面的研究。ＰｒｏｂｌｅｍｓｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎＩＧＢＴａｎｄｔｈｅｉｒｒｅ∞ｌｖｅｎｔｓＰＡＮＸｉｎｇ，ＵＵＨｕｉ＿ｊｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ⅥｒｕｈａｎＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒｒＩ’ｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｂｅｃａｕｓｅ《ｉｔｓｍｅｒｉｔｓｏｆｈｉｇｈｓｗｉ－ｔｃｈｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｈｉ曲ｆｂｑｕｅｎｃｙａｎｄｅａｓｙｃｏｎｔＩＤｌ．ＢｕｔａｌｏｎｇｗｉｔｈｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅＶｅ—ｌｏｐｍｅｎｔｆｏｒｈｉ曲ｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｃ印ａｃｉｔｙ，ｔｈｅｓ衍ｔｃｈｅｒｂｒｉｎｇｓｈｉｇｈｌｏｓｓｅｓ舳ｄｓｅｖｅｒｅＥＭＩ，ａＩｌｄｔｈｅｏｖｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｏｒｏｖｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅｃａｕｓｅｓ龇．ｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｆ而ｍｔｈｅｉｎｎｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＩＧＢＴａｎｄｔｈｅ匆ｐｉｃａｌｃｏｕｎｔｅｍｌｅａｓｕｒｅｓａｒｅｓｕｍｍａｄｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，ｓｎｕｂｂｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｎｅｗｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｔｈｅｓｏｆｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｈｏｌｄｓｔｌｌｅｓｔａｔｅｓｏｆｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｄｕｒｉｎｇｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｅｒｉｏｄｔｏｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｄｉ／ｄ￡ａｎｄｄ“／ｄ￡；ｔｌｌｅｓｎｕｂｂｅｒｅｉｒｃｕｉｔａｂｓｏｒｂｓｔｈｅｅｘｔＩ．ａｅｎｅｒｇｙｐＩＤｄｕｃｅｄｂｙｄｉ／ｄｔａｎｄｄ“／ｄｔａｎｄｆｂｅｄｓｂａｃｋｔｏａｎｏｔｌｌｅｒｒｅｇｉｏｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅｗ、ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔＩＧＣＴ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＧａｔｅＣｏｍ砌ｔａｔｅｄｎ州ｓｔｏｒ）ｉｓａｃｈａｌｌｅｎ百ｎｇｓｃｈｅｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＧＢＴ；ｄｉ／ｄ￡；ｓｏｆｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ｓｎｕｂｂｅｒｃｉｒｃｕｉｔ万 方数据IGBT功率器件工作中存在的问题及解决方法
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
潘星， 刘会金
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