对吸收电路储能元件参数的优化，是以开通或者关断时，吸收电路与IGCT开通或者关断的总损耗最低作为优化目标。其中IGCT的开关损耗如下式所示：

根据器件开通和关断外特性的描述，可以写出W_S解析表达式，但是因为存在t_c和t_S两个时间点，而且两个时间点与系数A和B密切相关，所以W_S解析表达式是根据A和B构成的不同约束条件下，而且根据变量X的取值大小不同，分段描述的。当然，W_S为X的连续函数，则消耗的总损耗可以表示成为

W_TOT=W_S+（1-η_r）W_L或者W_TOT=W_S+（1-η_r）W_C （7-11）

W_TOT的变量之一就是模化后的吸收电路储能器件的参数X。以W_TOT最小作为优化目标，可以得到如下所示的优化问题。

X=X_OPT如果W_TOT=min（W_TOT） （7-12）

该优化问题有两个约束条件，其一是电压和电流的上升率，即开关器件的du/dt和di/dt耐量，由变换器的拓扑结构分析可以知道全控开关器件的开通伴随着二极管的关断。通常来说，在IGCT变换器中，IGCT导通时的di/dt耐量要大于二极管关断时的di/dt耐量。所以在此边界条件中，取二极管的di/dt耐量和IGCT的du/dt耐量，可以描述成式（7-13）。

max（di_Q（t）/dt）≤DI_doide和max（du_Q（t）/dt）≤DU_IGCT （7-13）其中，DI_doide和DV_IGCT分别是二极管的di/dt耐量和IGCT的du/dt耐量。

另外一个约束条件是最小通态和阻态时间的限制，即吸收电路的充电时间t_c必须小于开关器件的最小通态或者阻态时间，这样才能保证在下一次开关动作的时候，吸收电路能够重新恢复成初始状态，这个约束条件可以描述成

t_C≤t_min （7-14）

在上述定义和分析的基础上，就可以给出优化结果。由于在分析中某些函数的解析式比较复杂，所以将所有优化结果以解析式的形式给出就比较困难，而且又没有这样的必要性。在不针对具体开关器件型号的情况下，假设关断时A=0.2，B=0.3，来给出数字计算结果。开通和关断时的总损耗W_TOT随吸收电路参数X和η_r变化的曲线如图7-21和图7-22所示，优化结果（X_OPT，W_OPT）也在图中标注出来。

图7-21 开通过程总消耗能量曲线

图7-22 关断过程总消耗能量曲线

图7-23 开通和关断吸收 电路参数优化结果

而开通和关断吸收电路的优化结果X_opt随着参数η_r变化的曲线分别如图7-23a和b所示。因为没有给出两约束条件的具体数值，则约束条件对优化结果的影响没有给出。

以一个具体型号的IGCT为例说明吸收电路的优化设计。所使用的IGCT型号为5SHX08F4502，为逆导型器件，即反并联二极管已经集成在器件当中。该型号的IGCT的部分参数如表7-2所示。

则开通时总损耗能量与吸收电路参数X和η_r如图7-24所示，其中两条虚线表示的就是两个约束条件，即在两条虚线之间的X和W_TOT在优化考虑的范围之内。图中优化的结果（X_OPT，W_OPT）也被标记出来。可以看出，当η_r小于95%的时候（这在变换器的设计中非常普遍），优化结果X_OPT始终位于左侧的虚线。也就是说，在使用此型号的IGCT的变换器开通吸收电路设计中，其反并联二极管的di/dt耐量是吸收电路设计第一要素。对于大多数的IGCT电压型变换器来说，该结论也成立。(www.daowen.com)

表7-2 5SHX08F4502部分参数

当IGCT关断的时候，总的损耗能量如图7-25所示。经过优化的开通和关断吸收电路中的最佳电感和最佳电容分别如图7-26a和b所示。

图7-24 开通时的总损耗能量

图7-25 关断时的总损耗能量

在这里有必要对这种线性吸收电路通用模型和损耗最低的优化方法进行分析和讨论，研究这种方法的意义和实用性。

在对变换器拓扑结构以及其吸收电路的合理简化后，以吸收电路损耗和开关器件总损耗最小为优化目标，得出了最佳的开通和关断吸收电路中储能器件的最佳参数。一般来说，采用此方法计算出来的总的能量损耗要比实际的试验值小。造成这个能量差别有很多因素，其中就包括如下两个方面：一方面，全控开关器件开通时的电流不是达到输出负载电流I_L就停止增长，而关断时的电压也不是达到电源电压V_S就停止增长，对开关器件的开通关断过程数学描述不够准确。造成可控器件开通和关断时的过电流和过电压的原因主要在于二极管的反向恢复特性以及杂散参数的影响。另一方面，IGCT的通态压降和阻态漏电流实际上都不是零。

图7-26 最佳吸收电感和电容

图7-27 开关器件的开关轨迹

虽然在优化的过程中，分析用能量与实际能量存在一定的差异，但是从计算的实例中可以看出这种优化方法在IGCT电压型变换器的设计中具有很好的实用意义。现在将一些通用的结果总结如下：

1）总的来说，当吸收电路储能器件参数（感值或者容值）增加时，开关的开通和关断的损耗降低，但是吸收电路的损耗增加。随着吸收电路的回馈效率的增加，总的损耗降低，优化出的最佳的吸收电路参数增加。

2）对用于电压型变换器中的IGCT来说，其开通吸收电路参数的设计主要是依据构成基本拓扑单元中二极管的di/dt耐量。

为保证开关器件能更好地工作，在一些实际的设计中，并不采用理论计算出的最佳吸收电路参数。可以结合如图7-27开关器件的安全工作区（SOA）来说明。

一般来说，开关器件正常工作时应保证其开关轨迹位于SOA内，当吸收电路中储能器件的参数（电感值或者电容值）增加，则开关器件的损耗就减小，储能器件参数的增加又使吸收电路的损耗增加。兼顾两者，就可以根据优化设计给出最佳的参数。但是此最佳参数跟吸收电路的能量回馈效率相关，当此回馈效率很低时（在很多应用中，该效率几乎为零），计算出的最佳吸收电路参数都较小，属于图中的弱型吸收。为了确保开关器件损耗减小，保证其更好地工作，往往将吸收电路参数适当程度增加。从分析和优化的过程中可以看出，随着吸收电路回馈效率的增加，设计出的最佳吸收电路参数增加，就可以使开关器件处于中型、强型甚至无损吸收状态。这样，既能保证开关的低损耗工作，又能保证变换器整体的效率。但是，这种回馈效率高的吸收电路都需要比较复杂的能量回馈电路，增加了变换器的元件个数和电路的复杂性，降低了可靠性，在中高压大功率变换器中使用的不多。