中心議題：

• 利用陽(yáng)極電流波形對(duì)陽(yáng)極電壓波形仿真的前提條件
• 陽(yáng)極電壓波形仿真

1 引言

緩沖電路參數(shù)值直接影響GTO的關(guān)斷性能及整個(gè)GTO逆變器的工作性能。因此如何在設(shè)計(jì)GTO逆變器時(shí)合理設(shè)計(jì)緩沖電路參數(shù)，便成為重要的問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)GTO關(guān)斷過(guò)程中陽(yáng)極電流與陽(yáng)極電壓波形的分析，提出并論證了GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)、緩沖二極管的反向恢復(fù)過(guò)程與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)的論點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種簡(jiǎn)便、實(shí)用的緩沖電路參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案?？筛鶕?jù)對(duì)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(duì)GTO關(guān)斷過(guò)程中陽(yáng)極電壓及關(guān)斷功耗波形進(jìn)行仿真時(shí)，為提高仿真精度，采用了實(shí)測(cè)的陽(yáng)極關(guān)斷電流波形。并據(jù)此推導(dǎo)出關(guān)斷功耗波形。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)波形比較，誤差極小。本文提出了一種以“綜合指標(biāo)”作為目標(biāo)函數(shù)的緩沖電路參數(shù)尋優(yōu)方案。

2 利用陽(yáng)極電流波形對(duì)陽(yáng)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(shí)測(cè)的陽(yáng)極電流對(duì)陽(yáng)極電壓進(jìn)行仿真，首先需要證明以下兩個(gè)條件成立：

（1）GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)；

（2）緩沖二極管的反向恢復(fù)過(guò)程與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)。

GTO緩沖電路示意圖
                                                                           
                                                                            圖1 GTO緩沖電路示意圖

2.1GTO陽(yáng)極電流波形與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)

圖2為GTO關(guān)斷時(shí)的陽(yáng)極電流波形。整個(gè)過(guò)程可分為3個(gè)階段：即存儲(chǔ)時(shí)間段、下降時(shí)間段及拖尾時(shí)間段。

GTO陽(yáng)極關(guān)斷電流波形示意圖
                                                                    
                                                                   圖2 GTO陽(yáng)極關(guān)斷電流波形示意圖

在存儲(chǔ)時(shí)間段及下降時(shí)間段中，存儲(chǔ)時(shí)間ts及下降時(shí)間tf值僅取決于門(mén)極抽取能力及GTO內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)。此兩段的陽(yáng)極電流波形也與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)。

在拖尾時(shí)間段，拖尾電流基本上由下降時(shí)間段的陽(yáng)極電流波形及結(jié)溫決定，與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)。

圖3中8條曲線是CS=2，3，4，5μF時(shí)的陽(yáng)極電流及陽(yáng)極電壓波形?？梢?jiàn)，在緩沖電路參數(shù)變化后，陽(yáng)極電壓波形變化較大，而4條陽(yáng)極電流曲線基本上完全重合。由此實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證以上分析的正確性。

緩沖電路參數(shù)改變后的陽(yáng)極電流
                                                  
                                                       圖3緩沖電路參數(shù)改變后的陽(yáng)極電流、陽(yáng)極電壓波形
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圖中曲線（1）,（2）,（3）,（4）為緩沖電路參數(shù)改變后的實(shí)測(cè)陽(yáng)極電壓波形；曲線（5）,（6）,（7）,（8）為緩沖電路參數(shù)改變后的實(shí)測(cè)陽(yáng)極電流波形。

2.2緩沖二極管的反向恢復(fù)過(guò)程與緩沖電路參數(shù)無(wú)關(guān)

儲(chǔ)存電荷Qr及恢復(fù)時(shí)間trr是緩沖二極管反向恢復(fù)過(guò)程中兩個(gè)重要參數(shù)。在分析GTO關(guān)斷過(guò)程時(shí)，可近似認(rèn)為Qr，trr為常量。由圖4可證明這一點(diǎn)。圖4是改變緩沖電阻支路分布電感后測(cè)得的緩沖電阻支路電流及緩沖二極管支路電流?？梢?jiàn)，在Lrs改變后，irs變化很大，而ids幾乎不變。即可認(rèn)為trr只與緩沖二極管本身的特性有關(guān)。

緩沖二極管恢復(fù)反向阻斷能力后的ids
                                                   
                                                         圖4緩沖二極管恢復(fù)反向阻斷能力后的ids，irs波形

圖中曲線（1），（2），（3）為L(zhǎng)rs改變前、后的實(shí)測(cè)緩沖電阻支路電流波形。

曲線（4），（5），（6）為L(zhǎng)rs改變前、后的實(shí)測(cè)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(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：公式(1)公式(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。

緩沖二極管的反向恢復(fù)特性
                                                              
                                                                     圖5 緩沖二極管的反向恢復(fù)特性

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。

GTO仿真波形與實(shí)測(cè)波形的比較
                                                      
                                                                圖6 GTO仿真波形與實(shí)測(cè)波形的比較