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/d（ 很大，由于线路存在分布电感，所以会引起很大的电压尖蜂，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髙岀许多，开关损耗也较大，当UPS功率很 大时（额圧电流很大），开关管的选取将变得异常困难：同时，过髙的di/dt将产生严重的 EML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EML 一、常用SNUBBER电路的种类
1、RC SNUBBER （如图 1）
图1
2、RCD SNUBBER （如图 2）
★BUS +BUS
-BUS D1 Rsl
L--
Rloai
c
Cl^r^ Ql /-
DI
y j | 严s2 D或 c
Q2 心 D2 ! 3E 厂
C2卞 |fc Jk :
-BUS
图2
3、变形的RCD SNUBBER电路（CLAMPING电路，如图3） EUoad Rsl Q1
C2^r^ Rs2 Q2 D2
"Csl
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Ucsi=O, UCS2=2*VBUS （如图4, 红色箭头表示电流流向九
-BUS
图4
2、当QI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，UCEI 升高，随之Ds】开通，一部分电流转移到Csi成为Csi的充电电流，Q1上电流减小, Cs2经Rs?、RLOAD进行放电（如图5）。 Cl^T^ Q2
D1
八
Rload
D2
Ik IT 图3
Csl Dsl
| Rs 2 Q1 -BUS
图5
3、QI完全关断（恢复阻断能力）后，UCE】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苴开通阈值电压之前不能及时导通，Cs】继续过充电，Cs2 继续放电（如图6）。
图6
4、Csi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，Cs?放电（如 图7）。 Cl^T^ Dsl
丄Rs 2 Ds2 —C
1 D2 k
QI
Rload
Q2
-BUS
图7
5、D2完全续流，Csi放电，Csi上过充的能量一部分消耗在Rsi上，另一部分反馈到+ BUS
（如图 8）。 Cl^T^
Q2 -BUS Ik
_____
J Rs 2 Ds2 —C
「立
Cs： 2
Dsl QI
D2 Rload -BUS
图8
6、Csi放电完毕，UCEI=2*VBUS, UCS2=0, D2进入稳态续流（如图9）。 +BUS
Cl^r^
Q2
<—
DI
Ch D2
Ik jRs2
IT Rload Dsl QI -BUS
图9
7、Ql再次开通，Ql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Csi、Rsi、Ql构成Cs】的放电回路，Ql、DS2、Cs2构成Cs2的充电 回路（图10）o
图10
8、D2的反相恢复完毕，Q1上流过负载电流I,同时，Csi的放电、Cs2的充电仍然继 续（图11）. Cl^r^ Ql Rsl
IE O Dsl
Rload
Q2 Ch D2 L
丄Rs
2
-BUS -BUS
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冲Ug达到最大，其值约等于Ucsu 将电路再次呈现在下而（图13）。 由电路有：
2*VBUS=厶—+ MCSI 一 L.也乂 （1）
dt CS， - dt
由于iL2=I-isi,代入（1）式得：
di
2*VBUS=（厶 + 厶）一—+ "⑶ （2）
-dt
由十isi=Gyi ♦代入（2）式得：
dt
2*VBUS=（厶 + L2 ）CS1 i + lies] ⑶
（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：
（厶 + LJCs\ ――^- + "csi =0 ⑷
dV
对应的特征方程为：
（厶 + 厶2）5]疋+1 = 0 （5）
解之：S=± 「 」一——
丫 （厶 + 厶2）Csi
令 1 - = （4）式的解为: 、/（厶 + 厶2）C$i Ucsi=Klcos 3 t+K2sin 31 可求出(3)式的一个特解为:UCSI=2VBUS,则(3)式的通解为: Ucsi=Klcos a〉t+K2sin s
t+2VBus (7)
由于 UCSI(O>=2VBUS» 所以 K1=O, (7)式化为：
Ucsi= K2sin 3 t+2Veus (8)
所以：
isi=Csi""('i = K2CS{cocosa)t (9)
dt
由于W所以d才则⑶式的通解为: si
—sin ^t+2VBus
si (10)
所以ucsi过充的电压（超过2VBUS部分）为:
AU= ------ sin t (11)
其最大值为:
, I r (L1 + L2
AUMAX= —-— = 1： ------
V Cc. (12)
2、变形的RCD SNUBBER电路
计算WE的微分方程完全与RCD SNUBBER -样，即:
AUMAX=—— IL1 +
L2 =G. (13)
3、RC SNUBBER 电路
电路简图如图14 J?load
-BUS
图14 根据图有:
2*VBUS=（厶 + L2 ）CS1 —+ RS}C ―汁 + "⑶ （14）
dt~ at
对应的齐次线性微分方程为：
（厶 + g 器 + Rsd 牛 + S =。 （ 15）
dr at
英特征方程为：
（厶 + 厶）C“S ■ + R$\C s\S + 1 = 0 （16）
由于△ = RS|2C24（L1+L2）CSI的符号未知，所以（16）式的解有多种不同情况，这里只
d 2 « “I
讨论△<（）的情况，令（厶+厶）Cs]+心（？经竺+“⑶，贝叽
dr dt
(17)
ucsi=£ 力(Klcosa/ + K2sin 由于UCSIWFO所以Kl=0,则(18)式化为： ucsi=a"K2sin0‘ (19) 所以： isi=Cv： =Cs\(aK2ea^ sincot + ©K2costy”) (20) dt 由于isi（o> =I»所以K2=———，则（15）式的通解为: codCs\ Ucsi= ----- sin codt (21) gCs、 可以求出(14)式的一个特解UCS「=2VBUS,则(14)式的通解为: I a Ucsi= ----- e sin codt +2VBUS (22) codCs\ 所以Ucsi过充的电压(超过2VBUS部分)为： I & AU= ------- k sine屛 (23) 叫5 令・ 2(厶 1 + L2) 薔去込禹则⑴）式的解为: 2(厶1 +厶2) 由于« <0,所以0力vl,贝IJ： AU(MAX)= ----------- - 叫5 四、三种SNUBBER电路的比较 1、UCE的最大尖峰电压（Cs的最大过充电压厶U（MAX）） RCD SNUBBER： AUi= --------- 0 Qi 变形的 RCD SNUBBER： AU2= -------- RC SNUBBER： AU3=---------- 因为3尸如 一&2 ,所以△ UI = AU2 制电压尖邮的能力最差。 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PRSI，贝IJ： PRSI= KCs" :$f （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,贝9： PRSF* KCsU.f 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,贝9： 1 7 PRS3=-ATCsAf/2f 4、 EMI 三种电路都能降低di/dt,从这方而看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，EW1I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AU BUS电压VBUS最髙取450V,贝ij 2*VBUS=900V,如果选用1200V的管子，贝lj AU<12OO-9OOV=3OOV 这里留有一泄裕量，取△U=25OV° (24)