第9章 電力電子器件應用的共性問題

1、 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 電力電子技術 Power Electronics 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1 9.1 電力電子器件的驅動電力電子器件的驅動 9.2 9.2 電力電子器件的保護電力電子器件的保護 9.3 9.3 電力電子器件的串聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用 和并聯(lián)使用和并聯(lián)使用 第第9 9章章 電力電子器件應用的共性電力電子器件應用的共性問題問題 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1 9.1 電力電子器件的驅動電力電子器件的驅動 9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅動電電力電子器件驅動電 路概述路概述 9.1.2 9.1.2 晶閘管

2、的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅典型全控型器件的驅 動電路動電路 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述 驅動電路驅動電路 是電力電子主電路與控制電路之間的是電力電子主電路與控制電路之間的接口接口。 良好的驅動電路使電力電子器件工作在較理想的良好的驅動電路使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)開關狀態(tài)， 縮短開關時間，減小開關損耗。縮短開關時間，減小開關損耗。 對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護措施也往往設在驅動

3、電路中，或通過驅動電路實現(xiàn)一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現(xiàn) 。 驅動電路的基本任務驅動電路的基本任務 按控制目標的要求給器件施加按控制目標的要求給器件施加開通開通或或關斷關斷的信號。的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件則既要對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件則既要 提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述 驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用驅動電路還要提供控制電路

4、與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔光隔 離離或或磁隔離磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器光隔離一般采用光耦合器 光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內。 有有普通普通、高速高速和和高傳輸比高傳輸比三種類型。三種類型。 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器磁隔離的元件通常是脈沖變壓器 當脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用當脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用高頻調制和解調高頻調制和解調的方法。的方法。 E R E R E R a) b) c) U in U out R1 ICID R1R1 圖圖9-1 光耦合器的類型及接法光耦合器

5、的類型及接法 a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高傳輸比型高傳輸比型 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述 驅動電路的分類驅動電路的分類 按照驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的按照驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的 性質，可以將電力電子器件分為性質，可以將電力電子器件分為電流驅動型電流驅動型和和電壓驅動型電壓驅動型兩兩 類。類。 晶閘管的驅動電路常稱為觸發(fā)電路。晶閘管的驅動電路常稱為觸發(fā)電路。 驅動電路具體形式可為驅動電路具體形式可為分立元件分立元件的，但目前的趨勢是采用專用的

6、，但目前的趨勢是采用專用 集成驅動電路集成驅動電路。 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合 集成電路。集成電路。 為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的 集成驅動電路。集成驅動電路。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.2 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 I IM t1t2t3t4 圖圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1t2脈沖前沿上升時間（脈沖前沿上升時間（1 s） t1t3強脈沖寬度強脈沖寬度 IM強脈沖

7、幅值（強脈沖幅值（3IGT5IGT） t1t4脈沖寬度脈沖寬度 I脈沖平頂幅值（脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT） 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 作用：產(chǎn)生符合要求的作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖門極觸發(fā)脈沖， 保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。 晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā) 時刻進行控制的時刻進行控制的相位控制電路相位控制電路。 觸發(fā)電路應滿足下列要求觸發(fā)電路應滿足下列要求 觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可 靠導通，比如對感性和反電動勢負載的變靠導通，比如對感性和反電動勢負載的變 流

8、器應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖應有觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度足夠的幅度，對戶，對戶 外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增大為器外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增大為器 件最大觸發(fā)電流的件最大觸發(fā)電流的3535倍，脈沖前沿的陡倍，脈沖前沿的陡 度也需增加，一般需達度也需增加，一般需達12A/12A/ s s。 觸發(fā)脈沖應不超過晶閘管門極的觸發(fā)脈沖應不超過晶閘管門極的 電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特 性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內。性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內。 應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn) 定性及與主電路的電氣隔離。定性

9、及與主電路的電氣隔離。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.2 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 圖圖9-3 常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路 常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路 由由V V1 1、V V2 2構成的構成的脈沖放大環(huán)脈沖放大環(huán) 節(jié)節(jié)和脈沖變壓器和脈沖變壓器TMTM和附屬電路構和附屬電路構 成的成的脈沖輸出環(huán)節(jié)脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。兩部分組成。 當當V V1 1、V V2 2導通時，通過脈沖導通時，通過脈沖 變壓器向晶閘管的門極和陰極之變壓器向晶閘管的門極和陰極之 間輸出觸發(fā)脈沖。間輸出觸發(fā)脈沖。 VDVD1 1和和R R3 3是為了是為

10、了V V1 1、V V2 2由導由導 通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TMTM釋放釋放 其儲存的能量而設的。其儲存的能量而設的。 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中為了獲得觸發(fā)脈沖波形中 的強脈沖部分，還需適當附加其的強脈沖部分，還需適當附加其 它電路環(huán)節(jié)。它電路環(huán)節(jié)。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 O t t O uG iG 圖圖9-4 推薦的推薦的GTO門極電壓電流波形門極電壓電流波形 電流驅動型器件的驅動電路電流驅動型器件的驅動電路 GTOGTO和和GTRGTR是電流驅動型器件。是電流驅動型器件。 GT

11、OGTO 開通控制與普通晶閘管相開通控制與普通晶閘管相 似，但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度似，但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度 要求高，且一般需在整個導通期間施要求高，且一般需在整個導通期間施 加正門極電流，使加正門極電流，使GTOGTO關斷需施加負關斷需施加負 門極電流，對其幅值和陡度的要求更門極電流，對其幅值和陡度的要求更 高。高。 GTOGTO一般用于大容量電路一般用于大容量電路 的場合，其驅動電路通常包括的場合，其驅動電路通常包括開通驅開通驅 動電路動電路、關斷驅動電路關斷驅動電路和和門極反偏電門極反偏電 路路三部分，可分為三部分，可分為脈沖變壓器耦合式脈沖變壓器耦合式 和和直接耦合式直接耦

12、合式兩種類型。兩種類型。 幅值需達陽極電流幅值需達陽極電流 的的1/3左右，陡度需左右，陡度需 達達50A/ s，強負脈，強負脈 沖寬度約沖寬度約30 s，負，負 脈沖總寬約脈沖總寬約100 s 施加約施加約5V的負偏的負偏 壓，以提高抗干壓，以提高抗干 擾能力。擾能力。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 圖圖9-5 典型的直接耦合式典型的直接耦合式GTO驅動電路驅動電路 直接耦合式驅動電路直接耦合式驅動電路 可避免電路內部的相互干可避免電路內部的相互干 擾和寄生振蕩，可得到較陡的擾和寄生振蕩，可得到較陡的 脈沖

13、前沿；缺點是功耗大，效脈沖前沿；缺點是功耗大，效 率較低。率較低。 電路的電源由高頻電源經(jīng)電路的電源由高頻電源經(jīng) 二極管整流后提供，二極管整流后提供，VDVD1 1和和C C1 1提提 供供+5V+5V電壓，電壓，VDVD2 2、VDVD3 3、C C2 2、C C3 3 構成構成倍壓整流電路倍壓整流電路提供提供+15V+15V電電 壓，壓，VDVD4 4和和C C4 4提供提供-15V-15V電壓。電壓。 V V1 1開通時，輸出正強脈開通時，輸出正強脈 沖；沖；V V2 2開通時，輸出正脈沖平開通時，輸出正脈沖平 頂部分；頂部分； V V2 2關斷而關斷而V V3 3開通時輸出負開通時輸出

14、負 脈沖；脈沖；V V3 3關斷后關斷后R R3 3和和R R4 4提供門極提供門極 負偏壓。負偏壓。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 t O ib GTRGTR 開通的基極驅動電流應使其處于開通的基極驅動電流應使其處于準飽和準飽和 導通狀態(tài)導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 關斷時，施加一定的負基極電流有利于關斷時，施加一定的負基極電流有利于 減小關斷時間和關斷損耗，關斷后同樣應在基減小關斷時間和關斷損耗，關斷后同樣應在基 射極之間施加一定幅值（射極之間施加一定幅值（6V6V

15、左右）的負偏壓。左右）的負偏壓。 GTRGTR的一種驅動電路的一種驅動電路 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部兩部 分。分。 VDVD2 2和和VDVD3 3構成構成貝克箝位電路貝克箝位電路，是一種，是一種 抗飽和電路，可使抗飽和電路，可使GTRGTR導通時處于臨界飽和狀態(tài)；導通時處于臨界飽和狀態(tài)； C C2 2為加速開通過程的電容，開通時為加速開通過程的電容，開通時R R5 5 被被C C2 2短路，這樣可以實現(xiàn)驅動電流的過沖，并短路，這樣可以實現(xiàn)驅動電流的過沖，并 增加前沿的陡度，加快開通。增加前沿的陡度，加快開通。 驅動驅動GTRGTR的集成驅動電路中，的集成驅

16、動電路中，THOMSONTHOMSON公司的公司的 UAA4002UAA4002和三菱公司的和三菱公司的M57215BLM57215BL較為常見。較為常見。 圖圖9-6 理想的理想的GTR基極驅動電流波形基極驅動電流波形 VD1 A V VS 0V +10V+15V V1 VD2 VD3 VD4 V3 V2 V4 V5 V6 R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 圖圖9-7 GTR的一種驅動電路的一種驅動電路 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 圖圖9-8 電力電力MOSFET的一種驅動電路的一種驅動電路 電壓

17、驅動型器件的驅動電路電壓驅動型器件的驅動電路 電力電力MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT是電壓驅動型器件。是電壓驅動型器件。 為快速建立驅動電壓，要求驅動電路具有為快速建立驅動電壓，要求驅動電路具有 較小的輸出電阻。較小的輸出電阻。 使電力使電力MOSFETMOSFET開通的柵源極間驅動電壓一開通的柵源極間驅動電壓一 般取般取1015V1015V，使，使IGBTIGBT開通的柵射極間驅動電壓一開通的柵射極間驅動電壓一 般取般取15 20V15 20V。 關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般 取取 -5 -15V-5 -15V）有利于減小關斷時間和關

18、斷損耗。）有利于減小關斷時間和關斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右） 可以減小可以減小寄生振蕩寄生振蕩，該電阻阻值應隨被驅動器件，該電阻阻值應隨被驅動器件 電流額定值的增大而減小。電流額定值的增大而減小。 電力電力MOSFETMOSFET 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部兩部 分；當無輸入信號時分；當無輸入信號時高速放大器高速放大器A A輸出負電平，輸出負電平，V V3 3 導通輸出負驅動電壓，當有輸入信號時導通輸出負驅動電壓，當有輸入信號時A A輸出正電輸出正電 平，平，V V2 2導通輸出正驅動電壓。導通輸出正驅動電

19、壓。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 圖圖9-9 M57962L型型IGBT驅動器的原理和接線圖驅動器的原理和接線圖 專為驅動電力專為驅動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其，其 輸入信號電流幅值為輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為，輸出最大脈沖電流為+2A和和-3A，輸出驅動電壓，輸出驅動電壓 +15V和和-10V。 IGBT 多采用專用的多采用專用的混合集成驅動器混合集成驅動器，常用的有三菱公司的，常用的有三菱公司的M579系列（如系

20、列（如 M57962L和和M57959L）和富士公司的）和富士公司的EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850和和 EXB851）。）。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2 9.2 電力電子器件的保護電力電子器件的保護 9.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 9.2.2 9.2.2 過電流保護過電流保護 9.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 過電壓分為過電壓分為外因過電壓外因過電壓和和內因過電壓內因過電壓兩類

21、。兩類。 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原 因，包括因，包括 操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓。：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓。 雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。：由雷擊引起的過電壓。 內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程過程，包括，包括 換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相 結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在

22、器件兩端感應出 過電壓。過電壓。 關斷過電壓關斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關斷時：全控型器件在較高頻率下工作，當器件關斷時 ，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過 電壓。電壓。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 圖圖9-10過電壓抑制措施及配置位置過電壓抑制措施及配置位置 F避雷器避雷器D變壓器靜電屏蔽層變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容靜電感應過電壓抑制電容 RC1閥側浪涌過電壓抑制用閥側浪涌過電壓抑制用RC電路電路 R

23、C2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路電路 RV壓敏電阻過電壓抑制器壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用閥器件換相過電壓抑制用RC電路電路 RC4直流側直流側RC抑制電路抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路電路 過電壓抑制措施及配置位置過電壓抑制措施及配置位置 各電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。各電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 RC3和和RCD為抑制為抑制內因過電壓內因過電壓的措施。的措施。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及

24、過電壓保護 圖圖9-11 RC過電壓抑制電路聯(lián)結方式過電壓抑制電路聯(lián)結方式 a)單相單相b)三相三相 圖圖9-12反向阻斷式過電壓抑制用反向阻斷式過電壓抑制用RC電路電路 抑制外因過電壓來采用抑制外因過電壓來采用RC過電壓抑制電路。過電壓抑制電路。 對大容量的電力電子裝置，可采用圖對大容量的電力電子裝置，可采用圖9-12所示的所示的反向阻斷式反向阻斷式RC電路。電路。 采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉折二極管（采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉折二極管（BOD）等非）等非 線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。 201

25、3 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.2 9.2.2 過電流保護過電流保護 圖圖9-13 過電流保護措施及配置位置過電流保護措施及配置位置 過電流分過載和短路兩種情況。過電流分過載和短路兩種情況。 過電流保護措施及其配置位置過電流保護措施及其配置位置 快速熔斷器快速熔斷器、直流快速斷路器直流快速斷路器和和過電流繼電器過電流繼電器是較為常用的措施，一般是較為常用的措施，一般 電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理 性。性。 通常，電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保通常，電子電

26、路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保 護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定 在過載時動作。在過載時動作。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.2 過電流保護過電流保護 快速熔斷器（簡稱快熔）快速熔斷器（簡稱快熔） 是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施。是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施。 選擇快熔時應考慮選擇快熔時應考慮 電壓等級應根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。電壓等級應根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。 電流容量應按其在主電路中

27、的接入方式和主電路聯(lián)結形式確定。電流容量應按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結形式確定。 快熔的快熔的 t t值應小于被保護器件的允許值應小于被保護器件的允許 t t值。值。 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間 電流特性。電流特性。 快熔對器件的保護方式可分為快熔對器件的保護方式可分為全保護全保護和和短路保護短路保護兩種。兩種。 全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大 的場合。的場合。 短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。短路保護：

28、快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。 對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路電子電路進行過電流保進行過電流保 護。護。 常在全控型器件的驅動電路中設置常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)過電流保護環(huán)節(jié)，器件對電流，器件對電流的響應的響應是最快的。是最快的。 I 2 I 2 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路 緩沖電路（緩沖電路（SnubberSnubber Circuit Circuit）又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件）又稱為吸收電路，其作用是抑制電

29、力電子器件 的的內因過電壓內因過電壓、d du u/ /d dt t或者或者過電流過電流和和d di i/ /d dt t，減小器件的，減小器件的開關損耗開關損耗。 分類分類 分為分為關斷緩沖電路關斷緩沖電路和和開通緩沖電路開通緩沖電路 關斷緩沖電路：又稱為關斷緩沖電路：又稱為d du u/ /d dt t抑制電路，用于吸收器件的關斷過電壓抑制電路，用于吸收器件的關斷過電壓 和換相過電壓，抑制和換相過電壓，抑制d du u/ /d dt t，減小關斷損耗。，減小關斷損耗。 開通緩沖電路：又稱為開通緩沖電路：又稱為d di i/ /d dt t抑制電路，用于抑制器件開通時的電流抑制電路，用于抑制

30、器件開通時的電流 過沖和過沖和d di i/ /d dt t，減小器件的開通損耗。，減小器件的開通損耗。 復合緩沖電路：關斷緩沖電路和開通緩沖電路結合在一起。復合緩沖電路：關斷緩沖電路和開通緩沖電路結合在一起。 還可分為還可分為耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路和和饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路 ：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電阻上：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電阻上 。 饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 ：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載或電：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載或電 源，也稱無損吸收電路。源，也稱無損吸收電路。 通常將緩沖電路專指關

31、斷緩沖電路，而將開通緩沖電路區(qū)別叫做通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，而將開通緩沖電路區(qū)別叫做di/di/dtdt抑抑 制電路。制電路。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路 b) t uCE iC O d i dt 抑制電路時無 di dt抑制電路時 有 有緩沖電路時 無緩沖電路時 uCE iC 圖圖9-14di/dt抑制電路和充放電型抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形緩沖電路及波形 a) 電路電路 b) 波形波形 緩沖電路緩沖電路 圖圖9-14a9-14a給出的是一種緩給出的是一種緩 沖電路和沖電路和d di i/ /d dt t抑制電路的電

32、路抑制電路的電路 圖。圖。 在無緩沖電路的情況下，在無緩沖電路的情況下， d di i/ /d dt t很大，關斷時很大，關斷時d du u/ /d dt t很大，很大， 并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖9-9- 14b14b。 在有緩沖電路的情況下在有緩沖電路的情況下 V V開通時，開通時，C Cs s先通過先通過 R Rs s向向V V放電，使放電，使i iC C先上一個臺階，先上一個臺階， 以后因為以后因為L Li i的作用，的作用，i iC C的上升的上升 速度減慢。速度減慢。 V V關斷時，負載電流關斷時，負載電流 通過通過VDVDs s向向C Cs s分流，減輕了分

33、流，減輕了V V的的 負擔，抑制了負擔，抑制了d du u/ /d dt t和過電壓。和過電壓。 因為關斷時電路中因為關斷時電路中 （含布線）電感的能量要釋放，（含布線）電感的能量要釋放， 所以還會出現(xiàn)一定的過電壓。所以還會出現(xiàn)一定的過電壓。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 22/26 9.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路 A D C B 無緩沖電路 有緩沖電路 uCE iC O 圖圖9-15 關斷時的負載線關斷時的負載線 圖圖9-16 另外兩種常用的緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路 a)RC吸收電路吸收電路b)放電阻止型放電阻止型RCD吸收電路吸收電路 關斷過程關斷過程 無緩沖電

34、路時，無緩沖電路時，uCE迅速上升，負載迅速上升，負載 線從線從A移動到移動到B，之后，之后iC才下降到漏電流才下降到漏電流 的大小，負載線隨之移動到的大小，負載線隨之移動到C。 有緩沖電路時，由于有緩沖電路時，由于Cs的分流使的分流使iC 在在uCE開始上升的同時就下降，因此負載開始上升的同時就下降，因此負載 線經(jīng)過線經(jīng)過D到達到達C。 負載線在到達負載線在到達B時很可能超出安全時很可能超出安全 區(qū)，使區(qū)，使V受到損壞，而負載線受到損壞，而負載線ADC是很是很 安全的，且損耗小。安全的，且損耗小。 另外兩種常用的緩沖電路形式另外兩種常用的緩沖電路形式 RC緩沖電路緩沖電路主要用于小容量器件，

35、主要用于小容量器件， 而而放電阻止型放電阻止型RCD緩沖電路緩沖電路用于中或大用于中或大 容量器件。容量器件。 晶閘管在實際應用中一般只承受換晶閘管在實際應用中一般只承受換 相過電壓，沒有關斷過電壓問題，關斷相過電壓，沒有關斷過電壓問題，關斷 時也沒有較大的時也沒有較大的du/dt，因此一般采用，因此一般采用 RC吸收電路即可。吸收電路即可。 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.3 9.3 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用 9.3.1 9.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 9.3.2 9.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 9.3.3 9.3.3 電力電

36、力MOSFETMOSFET的并聯(lián)和的并聯(lián)和IGBTIGBT的并聯(lián)的并聯(lián) 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.3.1 9.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 圖圖9-17 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) a)伏安特性差異伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施串聯(lián)均壓措施 對較大型的電力電子裝置，當單個電力電子器件對較大型的電力電子裝置，當單個電力電子器件 的電壓或電流定額不能滿足要求時，往往需要的電壓或電流定額不能滿足要求時，往往需要將電將電 力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)起來工作，或者起來工作，或者將電力電子將電力電子 裝置串聯(lián)或并聯(lián)裝置串聯(lián)或并聯(lián)起來工作。起來工作。 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串

37、聯(lián) 當晶閘管的當晶閘管的額定電壓額定電壓小于實際要求時，可以用小于實際要求時，可以用 兩個以上同型號器件相串聯(lián)。兩個以上同型號器件相串聯(lián)。 靜態(tài)不均壓問題靜態(tài)不均壓問題 由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓問題。由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓問題。 為達到靜態(tài)均壓，首先應選用參數(shù)和特性盡為達到靜態(tài)均壓，首先應選用參數(shù)和特性盡 量一致的器件，此外可以量一致的器件，此外可以采用電阻均壓采用電阻均壓。 動態(tài)不均壓問題動態(tài)不均壓問題 由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均 壓問題。壓問題。 為達到動態(tài)均壓，同樣首先應選擇動態(tài)參數(shù)為達到動態(tài)均壓，同樣首先應選擇動態(tài)參數(shù)

38、 和特性盡量一致的器件，另外還可以和特性盡量一致的器件，另外還可以用用RC并聯(lián)支并聯(lián)支 路作動態(tài)均壓路作動態(tài)均壓；對于晶閘管來講，采用門極強脈沖；對于晶閘管來講，采用門極強脈沖 觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異。觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異。 Rp的阻值應比任的阻值應比任 何一個器件阻斷何一個器件阻斷 時的正、反向電時的正、反向電 阻小得多阻小得多 2013 電氣與自動化學院 常熟理工學院 9.3.2 9.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 大功率晶閘管裝置中，常用多個器件并聯(lián)來承大功率晶閘管裝置中，常用多個器件并聯(lián)來承 擔擔較大的電流較大的電流。 晶閘管并聯(lián)就會