利用实测GTO阳极电流波形设计逆变器缓冲电路

如图5所示的缓冲二极管反向恢复特性曲线，t>t5后的缓冲二极管上电流近似认为是1条二次曲线，可以较好地说明问题。曲线方程为：(1)(2)

式中trr—缓冲二极管恢复时间;

t5—ids=Ism的时间；

Ido—t=t7时缓冲二极管的电流值。

图4缓冲二极管恢复反向阻断能力后的ids，irs波形

3阳极电压波形仿真

利用GTO阳极电压与阳极电流间的数学模型，使用MATLAB语言进行计算机仿真，可由实测的阳极电流波形及缓冲电路参数得到阳极电压的仿真波形。仿真波形与实测波形相比，误差极小。如图6所示，图中曲线为CS=2μF及5μF条件下实际测得的阳极电压波形及相应的仿真波形。可见，仿真精度可满足寻优要求。

4缓冲电路参数优化设计方案

4.1目标函数的确定

下面具体讨论可以判断缓冲电路参数设置是否合理的指标。

图5缓冲二极管的反向恢复特性

（1）GTO关断过程中存在几个极其重要的动态参数，包括尖峰电压Up，峰值功耗Pfm，阳极电压上升率dua/dt，阳极再加电压峰值UDM。这些动态参数过高会导致GTO的失效，即GTO对这些动态参数的承受能力是有限的。设这些动态参数的极限值分别为（Up）m，（Pfm）m，（UDM）m，(dua/dt)m，(Urm－E)m。则可知，实际中GTO关断过程中的动态参数值与其极限值的比值越小，说明GTO装置工作性能越好。由于实用时的动态参数值与缓冲电路参数密切相关，可以说，一旦GTO及门极驱动电路确定，则GTO关断时的动态参数值将取决于缓冲电路参数。因此，实际工作时的动态参数值与其所能承受的极限值的比值，包括Up/(Up)m，UDM/（UDM）m，(dua/dt)/(dua/dt)m，Pfm/（Pfm）m，(Urm－E)m可作为衡量缓冲电路参数设置是否合理的指标。这些比值越小，则说明缓冲回路参数设置越优。

（2）GTO工作过程中的GTO关断能耗Eoff及缓冲电路能耗Esb是衡量GTO装置工作性能的重要参数。这些参数过大，虽可能不会使GTO在短时间内失效，但会使整个装置的能耗提高，进而影响装置的工作稳定性、可靠性。因而，我们可以把Eoff，Esb与一特定值（Eoff）m，(Esb)m的比值作为衡量GTO装置性能的指标。因Eoff，Esb与缓冲电路参数密切相关，故以上两个比值Eoff/（Eoff）m，Esb/(Esb)m也可作为衡量缓冲电路参数设置是否合理的指标。此两个比值越小，则说明缓冲电路参数设置越好。

（3）GTO的开通时间ton及关断时间toff直接关系到整个GTO装置的工作频率极限值的大小。ton，toff越小，则GTO装置的工作频率就可提得越高。其极限值为fmax=1/(ton＋toff)。因此，ton，toff的值关系到整个装置的工作性能。ton＋toff与某特定值tm的比值可作为衡量GTO装置频率性能的指标。同样，ton，toff的大小与缓冲电路参数关系极大。例如，如缓冲电路参数为CS，RS，则不可能使GTO开通时间低于5RSCS。因此，（ton＋toff）/tm可作为衡量缓冲电路参数设置是否合理的指标。此比值越小，则说明缓冲电路参数设置越好。其中，tm可定为CS，RS取其寻优空间上限值时的开关时间。

（4）考虑到缓冲二极管动态特性的改善会导致其功率特性变坏。可把存储电荷Qr与其特定值的比值Qr/(Qr)m，恢复时间trr与某特定值的比值trr/(trr)m，这两个比值作为衡量GTO装置功率特性，同时也是反映GTO装置工作性能的指标。两个比值越小，则缓冲电路参数越优。其中：(Qr)m，(trr)m可定为实际寻优空间的上限值。

由上述分析可知，缓冲电路优化的目标函数J可定义为：式中（Up）m，（UDM）m，(dUa/dt)m，（Pfm）m，(Urm－E)m分别为GTO关断过程中动态参数的极限值；