硬开关全桥关断时电压波形振荡，求指教

kickdown · 发表于 2016-9-18 10:07:35

做了一个H桥，打算带高频变压器用于升压，在升压前先用电阻做了一下实验，结果发现电阻两端的电压波形与想象的不太一样，振荡多次。请教各位可能是由于什么原因造成的
直流电压550V左右，负载电阻4只10欧/1000W并联，H桥交替触发，占空比40%左右。蓝色为电阻两端电压波形，绿色为电流波形，可以看到，电流峰值并未达到电阻限流的值，而且电流在导通时持续增加，可以理解为电阻本身的分布电感比较大，仍然在起到限流作用。H桥关断后由于分布电感的续流，电流通过IGBT反并联的二极管导通，负载电压被钳位在直流母线电压，方向为负。但为何在电流减小到0前，电压发生了多次震荡呢？

fm007 · 发表于 2016-9-20 15:20:57

估计是电感和mos管的DS电容振荡了

fm007 · 发表于 2016-9-20 15:21:48

把自由续流状态去掉应该就没了

wwkkww · 发表于 2016-9-20 17:46:02

这个开关管自身寄生电容产生的振铃确实有点大，可能是管子的驱动电路引起的，改驱动电路，增加加速导通和截止电路，并采用推挽驱动，很多专用硬件驱动芯片出来的驱动波形和能力也不是很理想，在大功率逆变器上常常遇到

kickdown · 发表于 2016-9-21 10:51:32

fm007 发表于 2016-9-20 15:21
把自由续流状态去掉应该就没了

1、不是MOS，是IGBT
2、自由续流无法去掉，漏抗的电流不可能突变

kickdown · 发表于 2016-9-21 11:10:27

wwkkww 发表于 2016-9-20 17:46
这个开关管自身寄生电容产生的振铃确实有点大，可能是管子的驱动电路引起的，改驱动电路，增加加速导通和截 ...

驱动用的三菱的M57962，加30A峰值的对管扩流。可能再增加加速导通和截止电路不行了，这个IGBT官方指定最低电阻是1.8欧，我现在用的3.3欧。主回路分布电感设计的比较大，不敢再缩小了，再缩小关断过快，电压尖峰更高了

fm007 · 发表于 2016-9-21 11:27:50

kickdown 发表于 2016-9-21 10:51
1、不是MOS，是IGBT
2、自由续流无法去掉，漏抗的电流不可能突变

振荡应该就是这个开关上的附加电容引起了，开关上的电容和负载电感互相充放电，具体来源于哪里可能还要找找
另外我的意思是目前不是互补驱动，换成互补驱动后续流时间会增加，但是振荡应该会消除
这个负载大概多少mH？

kickdown · 发表于 2016-9-21 11:47:55

fm007 发表于 2016-9-21 11:27
振荡应该就是这个开关上的附加电容引起了，开关上的电容和负载电感互相充放电，具体来源于哪里可能还要找 ...

目前是互补驱动，推挽三极管的电流峰值都是30A的，电压+15V和-9V
具体感抗值没有测量，但目前的波形上看，电流还在上升，未到阻值限制的平台

wiser803 · 发表于 2016-9-21 15:55:41

lz 用的大功率电阻是线绕电阻吧，这种电阻电感量是很大的。加上全桥高压驱动时，电流很大di/dt必然大，igbt也有极间电容，最后导致高频激振是必然的。

kickdown · 发表于 2016-9-22 10:41:04

wiser803 发表于 2016-9-21 15:55
lz 用的大功率电阻是线绕电阻吧，这种电阻电感量是很大的。加上全桥高压驱动时，电流很大di/dt必然大，igbt ...

可是振荡的时间内，电流还没过零啊
怎么没回到0就开始振荡了呢？

wiser803 · 发表于 2016-9-22 23:49:07

kickdown 发表于 2016-9-22 10:41
可是振荡的时间内，电流还没过零啊
怎么没回到0就开始振荡了呢？

其实，这个振荡现象很好理解：
（1）H桥路的对角边 IGBT导通时，电阻串联电感在550V电压作用下，其电流按指数规律由零逐渐增大（斜坡），完成充电过程（磁通建立过程）。
（2）由于占空比为PWM周期T的40%，即在550V电压下作用0.4T时间电阻串联电感的电流尚未达到最大（磁通未饱和），此时H桥路的对角边 IGBT关闭。
（3）在H桥路IGBT关闭期间，电阻串联电感内的电流通路被切断（|di/dt|激增）导致电阻串联电感的感生电压超过550V，使H桥路另一对角边的并联反向二极管通过550V电源（反向冲电）提供续流放电回路。因续流回路中并联反向二极管和电源内阻均很小，所以放电得以在很短时间内完成（磁通撤消过程）。
（4）当电阻串联电感内电流在续流回路中放电减小到不能维持感生电压超过550V时，续流回路中二极管由正向导通逐渐过渡到反向截止断开。至此，电阻串联电感与H桥路的低阻抗回路彻底断开，使原先被低阻抗消减的IGBT极间电容得到释放，这个电容与电阻串联电感构成RLC谐振回路，并在电阻串联电感中剩余能量的作用下形成衰减振荡，直至能量在R上消耗殆尽时振荡结束。
总结一下：不管是H桥导通期间，还是二极管续流期间，都是小阻抗回路与电阻串联电感接通过程。在这个过程中，H桥 IGBT极间电容几乎被短接而不起作用。只有当电阻串联电感内存储能量达不到续流条件，使得H桥呈现高阻抗时，H桥 IGBT极间电容才会释放出来与电阻串联电感形成振荡回路，并以衰减振荡方式消耗掉剩余的放电能量。

wiser803 · 发表于 2016-9-23 00:38:33

再加个图说明

kickdown · 发表于 2016-9-23 09:27:43

wiser803 发表于 2016-9-22 23:49
其实，这个振荡现象很好理解：
（1）H桥路的对角边 IGBT导通时，电阻串联电感在550V电压作用下，其电流按 ...

这么详细的回答，赞一个先！
还有两个疑问：
1、RLC振荡可以说通，但是RLC振荡多个周期的过程中，电流没反向，这无法理解啊。振荡电压和电流都应该来回过零吧？
2、这种振荡过程，对IGBT有什么影响呢？增加损耗，还是容易发生损坏呢？或者倒过来问，这种振荡是越少越好，还是越多越好，如果占空比大于40%，下一次开通未等到前次的振荡结束为0，对管子有何影响呢？

wiser803 · 发表于 2016-9-23 13:50:19

kickdown 发表于 2016-9-23 09:27
这么详细的回答，赞一个先！
还有两个疑问：
1、RLC振荡可以说通，但是RLC振荡多个周期的过程中，电流没 ...

震荡没过零是原来电感中剩余（单向）电流还没有衰减到零的缘故，震荡是叠加在其上的。另外，这种震荡当然是不需要的（高频辐射，降低控制精度，能耗增加等），应尽可能消除，可以加上串联RC进行抑制。

kickdown · 发表于 2016-9-26 09:18:45

wiser803 发表于 2016-9-23 13:50
震荡没过零是原来电感中剩余（单向）电流还没有衰减到零的缘故，震荡是叠加在其上的。另外，这种震荡当然 ...

串联RC对R的功率需求还是很大的啊，而且尺寸还要紧凑（吸收线路长度短，保证分布电感小），比较麻烦啊。您了解除了RC或RCD意外，比较便于实施的吸收方法吗？

wiser803 · 发表于 2016-9-26 19:31:01

kickdown 发表于 2016-9-26 09:18
串联RC对R的功率需求还是很大的啊，而且尺寸还要紧凑（吸收线路长度短，保证分布电感小），比较麻烦啊。 ...

吸收电路只是辅助性的，在有较少量的振荡过冲时辅以使用功效显著。
在有很大振荡情况下，不能仅靠它来消除，还是要重点分析电路产生振荡的根本原因，以便针对性采取措施和解决问题。

wiser803 · 发表于 2016-9-26 19:38:27

另外，LZ 并没有使用真实的电机作负载，而是用电阻模拟负载得到了振荡情况。
这似乎与实际状态有区别较大，所以这个结果也不能说明带电机就有问题。

kickdown · 发表于 2016-9-27 13:20:57

wiser803 发表于 2016-9-26 19:38
另外，LZ 并没有使用真实的电机作负载，而是用电阻模拟负载得到了振荡情况。
这似乎与实际状态有区别较大， ...

真实的负载，也不是电机。
而是一个高频升压变

yuannanzyy · 发表于 2016-10-2 20:58:05

最好是上个原理图，方便分析

硬开关全桥关断时电压波形振荡，求指教

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