中心議題：
- 利用陽極電流波形對陽極電壓波形仿真的前提條件
- 陽極電壓波形仿真
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)，便成為重要的問題。
本文通過對GTO關(guān)斷過程中陽極電流與陽極電壓波形的分析，提出并論證了GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關(guān)、緩沖二極管的反向恢復(fù)過程與緩沖電路參數(shù)無關(guān)的論點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種簡便、實(shí)用的緩沖電路參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。可根據(jù)對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GTO關(guān)斷過程中陽極電壓及關(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)測的陽極關(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 利用陽極電流波形對陽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)測的陽極電流對陽極電壓進(jìn)行仿真，首先需要證明以下兩個(gè)條件成立：
（1）GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關(guān)；
（2）緩沖二極管的反向恢復(fù)過程與緩沖電路參數(shù)無關(guān)。
GTO緩沖電路示意圖
圖1 GTO緩沖電路示意圖
2.1GTO陽極電流波形與緩沖電路參數(shù)無關(guān)
圖2為GTO關(guān)斷時(shí)的陽極電流波形。整個(gè)過程可分為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陽極關(guān)斷電流波形示意圖
圖2 GTO陽極關(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值僅取決于門極抽取能力及GTO內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而與緩沖電路參數(shù)無關(guān)。此兩段的陽極電流波形也與緩沖電路參數(shù)無關(guān)。
在拖尾時(shí)間段，拖尾電流基本上由下降時(shí)間段的陽極電流波形及結(jié)溫決定，與緩沖電路參數(shù)無關(guān)。
圖3中8條曲線是CS=2，3，4，5μF時(shí)的陽極電流及陽極電壓波形。可見，在緩沖電路參數(shù)變化后，陽極電壓波形變化較大，而4條陽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)改變后的陽極電流
圖3緩沖電路參數(shù)改變后的陽極電流、陽極電壓波形
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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)測陽極電壓波形；曲線（5）,（6）,（7）,（8）為緩沖電路參數(shù)改變后的實(shí)測陽極電流波形。
2.2緩沖二極管的反向恢復(fù)過程與緩沖電路參數(shù)無關(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)過程中兩個(gè)重要參數(shù)。在分析GTO關(guān)斷過程時(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得的緩沖電阻支路電流及緩沖二極管支路電流。可見，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Lrs改變前、后的實(shí)測緩沖電阻支路電流波形。
曲線（4），（5），（6）為Lrs改變前、后的實(shí)測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，可以較好地說明問題。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 陽極電壓波形仿真
利用GTO陽極電壓與陽極電流間的數(shù)學(xué)模型，使用MATLAB語言進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可由實(shí)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(shí)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(shí)際測得的陽極電壓波形及相應(yīng)的仿真波形。可見，仿真精度可滿足尋優(yōu)要求。
GTO仿真波形與實(shí)測波形的比較
圖6 GTO仿真波形與實(shí)測波形的比較
