利用實測GTO陽極電流波形設計逆變器緩沖電路

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：(1)(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。

圖4緩沖二極管恢復反向阻斷能力后的ids，irs波形

3陽極電壓波形仿真

利用GTO陽極電壓與陽極電流間的數(shù)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(shù)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，仿真精度可滿足尋優(yōu)要求。

4緩沖電路參數(shù)優(yōu)化設計方案

4.1目標函數(shù)的確定

下面具體討論可以判斷緩沖電路參數(shù)設置是否合理的指標。

圖5緩沖二極管的反向恢復特性

（1）GTO關斷過程中存在幾個極其重要的動態(tài)參數(shù)，包括尖峰電壓Up，峰值功耗Pfm，陽極電壓上升率dua/dt，陽極再加電壓峰值UDM。這些動態(tài)參數(shù)過高會導致GTO的失效，即GTO對這些動態(tài)參數(shù)的承受能力是有限的。設這些動態(tài)參數(shù)的極限值分別為（Up）m，（Pfm）m，（UDM）m，(dua/dt)m，(Urm－E)m。則可知，實際中GTO關斷過程中的動態(tài)參數(shù)值與其極限值的比值越小，說明GTO裝置工作性能越好。由于實用時的動態(tài)參數(shù)值與緩沖電路參數(shù)密切相關，可以說，一旦GTO及門極驅動電路確定，則GTO關斷時的動態(tài)參數(shù)值將取決于緩沖電路參數(shù)。因此，實際工作時的動態(tài)參數(shù)值與其所能承受的極限值的比值，包括Up/(Up)m，UDM/（UDM）m，(dua/dt)/(dua/dt)m，Pfm/（Pfm）m，(Urm－E)m可作為衡量緩沖電路參數(shù)設置是否合理的指標。這些比值越小，則說明緩沖回路參數(shù)設置越優(yōu)。

（2）GTO工作過程中的GTO關斷能耗Eoff及緩沖電路能耗Esb是衡量GTO裝置工作性能的重要參數(shù)。這些參數(shù)過大，雖可能不會使GTO在短時間內(nèi)失效，但會使整個裝置的能耗提高，進而影響裝置的工作穩(wěn)定性、可靠性。因而，我們可以把Eoff，Esb與一特定值（Eoff）m，(Esb)m的比值作為衡量GTO裝置性能的指標。因Eoff，Esb與緩沖電路參數(shù)密切相關，故以上兩個比值Eoff/（Eoff）m，Esb/(Esb)m也可作為衡量緩沖電路參數(shù)設置是否合理的指標。此兩個比值越小，則說明緩沖電路參數(shù)設置越好。

（3）GTO的開通時間ton及關斷時間toff直接關系到整個GTO裝置的工作頻率極限值的大小。ton，toff越小，則GTO裝置的工作頻率就可提得越高。其極限值為fmax=1/(ton＋toff)。因此，ton，toff的值關系到整個裝置的工作性能。ton＋toff與某特定值tm的比值可作為衡量GTO裝置頻率性能的指標。同樣，ton，toff的大小與緩沖電路參數(shù)關系極大。例如，如緩沖電路參數(shù)為CS，RS，則不可能使GTO開通時間低于5RSCS。因此，（ton＋toff）/tm可作為衡量緩沖電路參數(shù)設置是否合理的指標。此比值越小，則說明緩沖電路參數(shù)設置越好。其中，tm可定為CS，RS取其尋優(yōu)空間上限值時的開關時間。

（4）考慮到緩沖二極管動態(tài)特性的改善會導致其功率特性變壞?？砂汛鎯﹄姾蒕r與其特定值的比值Qr/(Qr)m，恢復時間trr與某特定值的比值trr/(trr)m，這兩個比值作為衡量GTO裝置功率特性，同時也是反映GTO裝置工作性能的指標。兩個比值越小，則緩沖電路參數(shù)越優(yōu)。其中：(Qr)m，(trr)m可定為實際尋優(yōu)空間的上限值。

由上述分析可知，緩沖電路優(yōu)化的目標函數(shù)J可定義為：式中（Up）m，（UDM）m，(dUa/dt)m，（Pfm）m，(Urm－E)m分別為GTO關斷過程中動態(tài)參數(shù)的極限值；