1 引言

 

緩沖電路參數值直接影響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，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無關、緩沖二極管的反向恢復過程與緩沖電路參數無關的論點。在此基礎上，提出了一種簡便、實用的緩沖電路參數優化設計方案。可根據對GTO裝置性能的具體要求確定GTO緩沖電路元件  優參數。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，采用了實測的陽極關斷電流波形。并據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”作為目標函數的緩沖電路參數尋優方案。

 

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無關；

 

（2）緩沖二極管的反向恢復過程與緩沖電路參數無關。

 

GTO緩沖電路示意圖

2.1 GTO陽極電流波形與緩沖電路參數無關

 

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。

 

GTO陽極關斷電流波形示意圖

 

圖2 GTO陽極關斷電流波形示意圖

 

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內部結構，而與緩沖電路參數無關。此兩段的陽極電流波形也與緩沖電路參數無關。

 

在拖尾時間段，拖尾電流基本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。

 

緩沖電路參數改變后的陽極電流

 

圖3 緩沖電路參數改變后的陽極電流、陽極電壓波形

 

圖中曲線（1），（2），（3），（4）為緩沖電路參數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。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。可見，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。

 

緩沖二極管恢復反向阻斷能力后的ids

 

  

圖4 緩沖二極管恢復反向阻斷能力后的ids，irs波形

 

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；

 

如圖5所示的緩沖二極管反向恢復特性曲線，t》t5后的緩沖二極管上電流近似認為是1條二次曲線，可以較好地說明問題。曲線方程為：公式（1）公式（2）

 

式中trr—緩沖二極管恢復時間;

 

t5—ids=Ism的時間；

 

Ido—t=t7時緩沖二極管的電流值。

 

緩沖二極管的反向恢復特性

 

3 陽極電壓波形仿真

 

利用GTO陽極電壓與陽極電流間的數學模型，使用MATLAB語言進行計算機仿真，可由實測的陽極電流波形及緩沖電路參數得到陽極電壓的仿真波形。仿真波形與實測波形相比，誤差極小。如圖6所示，圖中曲線為CS=2μF及5μF條件下實際測得的陽極電壓波形及相應的仿真波形。可見，仿真  可滿足尋優要求。