主电路母线和电容组寄生参数对开关暂态的影响EffectsofParasiticParametersofDCBusandCapacitorTankonTransientProcessofConverter清华大学电机工程与应用电子技术系李方正，孙旭东，黄立培Email:lifz05@mails.thu.edu.cn摘要﹕以一台H桥IGBT功率单元为对象，基于部分单元等效电路（PEEC）方法建立直流母线的高频等效电路，以基于最小二乘法的曲线拟合提取电容组的等效参数。以单桥臂电路实验中获得的桥臂电压的交流分量作为激励，施加于由母线和电容组模型构成的等效电路上进行仿真，用母线电流的实测波形与仿真波形进行比较验证等效电路的准确性。以此电路为基础，探讨了直流母线和电容组的结构与参数变化对暂态过程的影响以及暂态过程对寄生参数的敏感程度。结果表明，变换器的开关暂态过程对主电路母线和电容组的寄生电感参数的变化非常敏感。Abstract:TheequivalentcircuitofpowerDCbusandcapacitorbankofanH-bridgeIGBTunitwasconstructed,wherethebusmodelwasbuiltwithpartialelementequivalentcircuit(PEEC)methodandtheparasiticparametersofcapacitortankwereextractedbycurvefittingusingleastsquaremethod.TheequivalentcircuitwasverifiedbycomparingthemeasuredcurrentwithsimulationresultbyexertingtheACcomponentofphasevoltagetotheequivalentcircuit.Furthermore,thetransientprocesswithdifferentparametersoftheequivalentcircuitwasstudied.Itisprovedthatthetransientprocessisverysensitivetoparasiticinductanceoftheequivalentcircuit.关键词﹕直流母线；电磁干扰；等效电路；变换器Keywords:DCPowerBus;ElectromagneticInterference(EMI);EquivalentCircuit;Converter1引言电力电子装置中由于储能元件和杂散电容、杂散电感的存在，每个开关器件的通断动作都伴随着复杂的电磁暂态过程，所产生的电磁干扰（EMI）主要通过直流母线、缓冲吸收电路、无源电路元件（电感、电容等）以及输出电路等进行传播。建立考虑杂散参数的传播通道的电路模型是实现变换器EMI特性分析及预测的非常有效的方法，其关键是等效电路的建模和寄生参数的准确提取。直流母线是EMI传播通道的重要环节，对变换器的EMI特性有非常大的影响[1][2]，通过采用合理的结构和布局，可以使母线的杂散参数变化有利于降低EMI水平，使装置的电磁兼容水平得到提高[3]。例如，叠片式汇流排可以减小直流母线的杂散电感而增大滤波电容，从而减小母线上的spike电压[4]。直流母线电容组一般由多个铝电解电容经串并联组成，作为换流回路的组成部分，其寄生参数必然会对电路的暂态过程产生影响。尤其是当直流母线采用层叠形式后，其杂散电感会接近甚至超过母线，影响更加不容忽视。但是，目前对电容组参数影响的分析还不多见，相关文献主要集中在电解电容的建模和性能分析方面[5][6]。本文针对一台单相H桥功率单元，通过对电容组放电的过渡过程进行最小二乘拟合的方法获取电解电容组的寄生参数，采用部分单元等效电路（PartialElementEquivalentCircuit，PEEC）方法建立直流母线的等效电路。基于实验与仿真分析验证了母线和电容组模型的准确性，研究了不同母线和电容组对电路暂态过程的影响，分析了暂态过程与等效电路参数的关系。2主电路的等效电路文中所研究的单相H桥IGBT功率单元的拓扑结构如图1所示。其中，直流母线电容组由15个铝电解电容（4700μF/450V）按照5个并联成组，然后3组串联的方式构成，主开关器件为双管IGBT模块SKM300GB174D（1700V/300A）。图1H桥IGBT功率单元2.1直流母线的等效电路直流母线的机械结构及其与IGBT模块的相对位置如图2所示，母排所用铜板的截面为16mm×2mm，长度约为110mm，高度约为32mm，两母线之间的中心距为28mm。直流母线的等效电路可以通过PEEC方法获取[7]。将母线划分为如图3所示的部分电感单元和部分电容单元，并提取各个单元的杂散参数，可以得到母线的等效电路，如图4所示。为了从整体上了解母线等效参数的量值，将母线模型中的所有部分自感Li、互感Mij相加可以得到母线的总电感：TotaliijLLM=+≈∑∑111nH(30MHz)(1)将所有单元的部分电阻Ri相加得到电路的总电...
