半桥逆变SNUBBER电路
描述：半桥逆变正负桥臂开关管关断时是硬关断，当负载电流很大时，开关管关断时di/dt很大，由于线路存在分布电感，所以会引起很大的电压尖峰，如果不加缓冲电路抑制电压尖峰的产生，则开关管的电压规格必须比正常值高出许多，开关损耗也较大，当UPS功率很大时（额定电流很大），开关管的选取将变得异常困难；同时，过高的di/dt将产生严重的EMI。给半桥逆变的开关管增加关断缓冲电路可以降低di/dt、减小关断损耗，并能降低相应频段的EMI。
一、常用SNUBBER电路的种类
1、RC SNUBBER（如图1）
图1
2、RCD SNUBBER（如图2）
图2
3、变形的RCD SNUBBER电路（CLAMPING电路，如图3）
图3
二、SNUBBER电路的工作过程
（以RCD SNUBBER电路为例进行分析，只分析正半周的情况）
1、 Q1开通后进入稳态，流过Q1的负载电流为I，此时UCS1=0，UCS2=2*VBUS（如图4，红色箭头表示电流流向）。
图4
2、 当Q1的栅极上加入关断信号，电流I通过Q1的C、E间的寄生电容流过，UCE1升高，随之DS1开通，一部分电流转移到CS1成为CS1的充电电流，Q1上电流减小，CS2经RS2、RLOAD进行放电（如图5）。
图5
3、 Q1完全关断（恢复阻断能力）后，UCE1大于正负BUS之和，D2开始正偏置，在D2的正偏置电压没有达到其开通阈值电压之前不能及时导通，CS1继续过充电，CS2继续放电（如图6）。
图6
4、 CS1仍然过充电，D2开始续流，负载电流I由正桥臂向负桥臂换流，CS2放电（如图7）。
图7
5、 D2完全续流，CS1放电，CS1上过充的能量一部分消耗在RS1上，另一部分反馈到＋BUS（如图8）。
图8
6、 CS1放电完毕，UCE1=2*VBUS，UCS2＝0，D2进入稳态续流（如图9）。
图9
7、 Q1再次开通，Q1与D2之间进行换流，Q1的电流增大，D2的电流反相进入反相恢复过程，同时CS1、RS1、Q1构成CS1的放电回路，Q1、DS2、CS2构成CS2的充电回路(图10)。
图10
8、 D2的反相恢复完毕，Q1上流过负载电流I，同时，CS1的放电、CS2的充电仍然继续（图11）。
图11
9、 进入正桥臂稳态工作的情况（一个工作周期结束）。
三、SNUBBER电路定量分析
1、 RCD SNUBBER电路
考虑线路主要分布电感，电路原理简图如图12。
图12
根据上面对电路工作过程的分析可以知道，“过程4”中UCE1达到最大，其值约等于UCS1，将电路再次呈现在下面（图13）。
图13
由电路有：
2*VBUS=dtdiLudtdiLLCSS22111 （1）
由于iL2=I-iS1，代入（1）式得：
2*VBUS=1121)(CSSudtdiLL (2)
由于iS1=dtduCCSS11，代入（2）式得：
2*VBUS=1212121)(CSCSSudtudCLL (3)
(3)式是一个“二阶常系数非齐次线性微分方程”，它的通解等于对应的齐次方程的通解加上它的一个特解，其对应的齐次方程为：
1212121)(CSCSSudtudCLL＝0 （4）
对应的特征方程为：
01)(2121sCLLS (5)
解之：S=±121)(SCLLj
令121)(1SCLL，（4）式的解为：
uCS1=K1cosωt+K2sinωt (6)
可求出（3）式的一个特解为：uCS1*=2VBUS，则（3）式的通解为：
uCS1=K1cosωt+K2sinωt+2VBUS (7)
由于uCS1(0)=2VBUS，所以K1=0，（7）式化为：
uCS1= K2sinωt+2VBUS （8）
所以：
iS1=CS1tCKdtduSCScos211 （9）
由于iS1(0)=I，所以K2=1SCI，则（3）式的通解为：
uCS1=1SCI sinωt＋2VBUS (10）
所以uCS1过充的电压(超过2VBUS部分)为：
△U=1SCI sinωt （11）
其最大值为：
△UMAX=1SCI=121SCLLI (12)
2、 变形的RCD SNUBBER电路
计算uCE的微分方程完全与RCD SNUBBER一样，即：
△UMAX=1SCI=121SCLLI (13)
3、 RC SNUBBER电路
电路简图如图14
图14
根据图有：
2*VBUS=111212121)(CSCSSCSSudtduCRdtudCLL (14)
对应的齐次线性微分方程为：
1111212121)(CSCSSSCSSudtduCRdtudCLL＝0 （15）
其特征方程为：
01)(112121SCRSCLLSSS （16）
由于△＝RS12C2-4(L1+L2)CS1的符号未知，所以（16）式的解有多种不同情况，这里只讨论△<0的情况，令111212121)(CSCSSCSSudtduCRdtudCLL，则：
S=-2111])21(2[)21(1)21(2LLRCLLjLLRSSS （17）
令-)21(21LLRS＝α、211])21(2[)21(1LLRCLLSS＝ωd，则（15）式的解为：
uCS1=)sin2cos1(tKtKedt （18）
由于uCS1(0)=0，所以K1=0，则（18）式化为：
uCS1=tKedtsin2 （19）
所以：
iS1=dtduCcsS11CS1()cos2sin2tKteKddt （20）
由于iS1（0）=I，所以K2=1SdCI，则（15）式的通解为：
uCS1=teCIdtSdsin1 (21)
可以求出（14）式的一个特解uCS1*=2VBUS，则（14）式的通解为：
uCS1=teCIdtSdsin1＋2VBUS (22)
所以uCS1过充的电压(超过2VBUS部分)为：
△U=teCIdtSdsin1 （23）
由于α<0，所以te<1，则：
△U (MAX)=
1SdCI （24）
四、三种SNUBBER电路的比较
1、 UCE的最大尖峰电压（CS的最大过充电压△U (MAX)）
RCD SNUBBER：△U1=
1SCI
变形的RCD SNUBBER：△U2=
1SCI
RC SNUBBER：△U3=
1SdCI
因为ωd=22，所以△U1＝△U2<△U3，即在同等条件下RC SNUBBER电路抑制电压尖峰的能力最差。
2、 开关管损耗
RCD 、RC电路的C中电荷要经过开关管泄放，开关管损耗较大；变形的RCD电路的C中电荷不会经过开关管泄放，开关管损耗较小。
3、 RS功耗
RC电路中的RS在CS充放电过程中都有损耗，损耗较大，令损耗为PRS1，则：
PRS1=2CSSUKCf
(f为开关频率，K为损耗系数，因为CS中电荷不可能全部损耗在RS上，所以K<1)
RCD电路中的RS只在CS放电过程中有损耗，损耗居中，令损耗为PRS2，则：
PRS2=221CSSUKCf
变形的RCD电路中的RS只在CS放电过程中有损耗，且CS中的电压变化幅度为△U，所以损耗最小，令损耗为PRS3，则：
PRS3=221UKCSf
4、 EMI
三种电路都能降低di/dt，从这方面看EMI差不多。RCD电路降低了开关管关断过程的du/dt，EMI最好；RC电路虽然也降低了开关管关断过程的du/dt，但由于RC常数较大，du/dt比RCD电路大，EMI居中；变形的RCD电路不能抑制开关管关断过程的du/dt，EMI最差。
五、3A3-15KS逆变SNUBBER电路设计
1、 允许CS的过充电压△U
BUS电压VBUS最高取450V，则2*VBUS=900V，如果选用1200V的管子，则
△U<1200-900V＝300V
这里留有一定裕量，取△U＝250V。
2、 分布电感估算
布线电感的经验估算公式为：L=710)432(ln2dll (H)
3A3-15KS BUS电容与IGBT间用长导线连接，其长导线为主要分布电感来源，正BUS线长0.3m、负BUS长0.26m，都采用10＃线，线径为0.003m，所以有：
L=2*0.56*710*)43003.056.0*2(ln＝5.8*10-7H
3、 CS选择
(先根据RCD SNUBBER计算，软件限流点为90A，实际上由于采样点在开关周期的中点，所以电流有超过90A的可能，这里取I=100A进行计算)
根据（12）式△UMAX=121SCLLI有：
CS1=27222250)10*8.5(100)21(MAXULLI0.09*10-6 F=0.09uF
这里取104/1000V电容。
4、 RS损耗计算
(取损耗系数K=0.1)
RCD SNUBBER：
PRS2=221CSSUKC=0.5*0.1*0.1*10-6*11502*19200=114W
RC SNUBBER：
PRS1=2CSSUKC=0.1*0.1*10-6*11502*19200=228W
变形的RCD SNUBBER：
PRS3=2UKCS=0.5*0.1*0.1*10-6*2502*19200=6W
5、 SNUUBER电路选择
从RS损耗计算中可以看出，选择RCD SNUBBER电路损耗会非常大，而选择RC
SNUBBER电路损耗会再增大一倍，因此需选择变形的RCD SNUBBER电路（CLAMPING电路）。
6、 DS选择
根据上面的分析可以知道，在DS开始导通的瞬间，DS将流过所有的负载电流，软件限流点为90A，实际上电流有超过90A的可能，所以DS的IFSM应该大于150A，这里选择RHRP15120(15A/1200V)，其IFSM=200A。
7、 RS选择
RS是CS中过充电压的放电电阻，一般选择放电时间常数RSCS<3T，所以：
RS<17419200*10*1.0*3136SCT