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IGBT应用技术之有源钳位详解(2)


有源钳位电路的数学模型分析(1)
实际上有源钳位电路可以用自动控制理论进行建模。在控制理论中,有一个重要的术语,叫“反馈”,它的意思是,将某个物理量,引导至前面的环节,从而对该物理量产生影响。
反馈分成两大类:
1. 正反馈
2. 负反馈
正反馈的引入会使某物理量发散,而负反馈的引入会使某物理量收敛。
有源钳位正是利用了负反馈的原理,对集电极电位进行压制,使之收敛于某一给定值。
在实际的有源钳位电路中,反馈是存在的,集电极和门极之间通过一个回路建立了联系。由于集电极的相位与门极的相位总是相反的,相差180度,(门极电位向上时集电极电位向下),所以反馈系统中存在一个负号,因此这是一个负反馈。
有源钳位电路工作原理
有源钳位电路的数学模型分析(2):
下图为有源钳位电路的控制环路的数学模型:
Vz:环路给定值,实际为TVS管的击穿电压;
Vc:被控对象,实际为IGBT的集电极电位;
P:环路的前向传递函数,可以理解为门极对集电极的影响能力,是IGBT芯片内部的行为;
G:环路的反馈传递函数,可以理解为集电极信号被传达到门极时所经过的路径的行为;
环路的带宽:这是指环路对被控对象的响应速度,如果被控对象变化速度很快,那么环路的速度必须比被控对象更快,否则就没有办法对被控对象进行控制。在这个电路里,如果带宽不够,其具体表现为,集电极电位钳不住。
所以,有源钳位电路必须是高带宽环路。
有源钳位电路数学分析模型
影响有源钳位电路的速度(带宽)的因素:
被控对象(集电极电位)的性质:这是一个速度非常快的模拟量,电压尖峰只会出现100ns~300ns左下,甚至更短;
这就要求,控制回路必须比集电极电位变化更快,才能控制住集电极电位。换句话说,这要求,控制环路的带宽必须很高,是超高速模拟电路。
这里有两个因素会影响环路速度,分别是P和G所代表的回路,有以下结论:
1. P所在的回路,是IGBT的门极对集电极的影响能力,这一环节由IGBT芯片决定;
2. G所在的回路,即TVS回路,要求快速。TVS的性能对有源钳位性能影响极大,TVS的品牌和型号需要仔细挑选,且这一路径必须靠近IGBT模块,连接的PCB线要短,否则这个电路的性能会受较大的影响,其直接表现为,电压钳不住。
有源钳位电路数学分析模型
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