第五講 電力電子器件

1、電 力 電 子 技 術(shù) Power Electronic Technology 電力電子器件的驅(qū)動、保護(hù) 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián) 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.4 4.4 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 驅(qū)動電路驅(qū)動電路主電路與控制電路之間的接口 使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小 開關(guān)損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義 對器件或整個裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)計在驅(qū)動電路中，或 通過驅(qū)動電路實現(xiàn) 驅(qū)動電路的基本任務(wù)驅(qū)動電路的基本任務(wù)： 將信息電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力 電子器件控制端和公

2、共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號 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提供開通控制信號， 又要提供關(guān)斷控制信號 Rs RG RF RL iD uGS up +UE 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.4 4.4 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離電氣隔離環(huán)節(jié)，一般 采用光隔離或磁隔離 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器 圖1-25 光耦合器的類型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型 E R E R E R a)b)c) Uin Uout R1 ICID R1 R1

3、 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.4 4.4 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 雙列直插式集成電 路及將光耦隔離電 路也集成在內(nèi)的混 合集成電路； 為達(dá)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(qū)動電路。 驅(qū)動電路可以采用分立元件來構(gòu)成， 目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路： G S D A 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.4 4.4 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 作用作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的

4、時 刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通 廣義上講，還包括對其觸發(fā)時刻進(jìn)行控制的相位控制電路 晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： 觸發(fā)脈沖的寬度寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通（結(jié)合擎住電流擎住電流的概 念） 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度幅度 不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi) 應(yīng)有良好的抗干擾抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離電氣隔離 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.4 4.4 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的原理解釋： V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)（V1和V2接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）； 脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出

5、環(huán)節(jié)，這里利用了脈沖變壓器原邊的電 壓等于電感與電流變化率的乘積的原理在副邊產(chǎn)生了觸發(fā)脈沖開始的大電流； V1、V2導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的G和K之間輸出觸發(fā)脈沖； VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設(shè)計。 在以后的電路中會多次出現(xiàn)這種電路的使用。 圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1t2脈沖前沿上升時間（1s）t1t3強脈沖寬度 IM強脈沖幅值（3IGT5IGT） t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT） 圖1-27 常見的晶閘管觸發(fā)電路 I t IM t1t2t3t4 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組

6、4.5 4.5 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路 1. 1. 電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路 GTOGTO GTO的開通控制開通控制與普通晶閘管相似， 但對脈沖前沿的幅值和陡度要求高， 且一般需在整個導(dǎo)通期間施加正門極 電流 使GTO關(guān)斷關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，對其 幅值和陡度的要求更高，關(guān)斷后還應(yīng) 在門陰極施加約5V的負(fù)偏壓以提高抗 干擾能力 O t t O uG iG 圖圖1-281-28推薦的推薦的GTOGTO門極門極 電壓電流波形電壓電流波形 5V的負(fù)偏壓 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.5 4.5 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控

7、型器件的驅(qū)動電路 GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電關(guān)斷驅(qū)動電 路路和門極反偏電路門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦脈沖變壓器耦 合式合式和直接耦合式直接耦合式兩種類型 直接耦合式驅(qū)動電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾 和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，因此目前 應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.5 4.5 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路 a)直接耦合式驅(qū)動電路 b)脈沖變壓器耦合式驅(qū)動電路 a)為一種直接耦合式門極驅(qū)動電路。電路采用半橋結(jié)構(gòu)，通過C1和C2分壓， 為GTO的陰極提供零電位?？刂菩盘杣o

8、n使得V1導(dǎo)通，為GTO提供觸發(fā)電流；而關(guān) 斷信號uoff使得V2導(dǎo)通，C2的電壓放電產(chǎn)生關(guān)斷負(fù)電流使GTO關(guān)斷。這種電路結(jié) 構(gòu)簡單，有較強的關(guān)斷能力。 b)為最簡單的脈沖變壓器耦合門極驅(qū)動電路，當(dāng)驅(qū)動晶體管V導(dǎo)通時，關(guān)斷 GTO。V關(guān)斷時，利用變壓器中貯能使GTO開通。這個電路最大的特點是簡單且 效率高。但由于開通僅依靠變壓器在關(guān)斷過程中存貯的能量對大容量GTO不太 適合。 u G A K on off u + - C C1 K G + - V 2 A a)b) V V 1 2 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 4.5 4.5 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路

9、 直接耦合式直接耦合式GTOGTO驅(qū)動電路驅(qū)動電路： 二極管VD1和電容C1提供+5V電壓 VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流 電路提供+15V電壓 VD4和電容C4提供-15V電壓 V1開通時，輸出正強脈沖 V2開通時輸出正脈沖平頂部分 V2關(guān)斷而V3開通時輸出負(fù)脈沖 V3關(guān)斷后R3和R4提供門極負(fù)偏壓 50kHz 50V GTO N1 N2 N3 C1C3 C4 C2 R1 R2 R3 R4 V1 V3 V2 L VD1 VD2 VD3 VD4 圖1-29典型的直接耦合式 GTO驅(qū)動電路 B A o C 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的

10、驅(qū)動電典型全控型器件的驅(qū)動電 路路 GTRGTR 開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū) 和深飽和區(qū) 關(guān)斷GTR時，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷 損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的 負(fù)偏壓 圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形 t O i b 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的驅(qū)動電典型全控型器件的驅(qū)動電 路路 GTR的一種驅(qū)動電路，包 括電氣隔離和晶體管放大 電路兩部分 當(dāng)V1導(dǎo)通時，V2導(dǎo)通使 V3截止，則V4和V5組成 的達(dá)林頓電路工作， 對V基極注入驅(qū)動電流， 使V導(dǎo)通；當(dāng)V1截

11、止時， V3導(dǎo)通使V6導(dǎo)通，V5截 止，則V截止。 vC2為加速開通過程的電容。開通時，R5被C2短路?？蓪崿F(xiàn)驅(qū)動電流的 過沖，并增加前沿的陡度，加快開通 GTR目前的驅(qū)動也使用集成驅(qū)動電路，如三菱公司的M57215BL。 VD1 A V 0V +10V +15V V1 V3 V2 V4 V5 V6 R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路 2.2.電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路 柵源間、柵射間有數(shù)千皮法的電容，為快速建立驅(qū)動電壓， 要求驅(qū)動電路輸出電阻小 使M

12、OSFET開通的驅(qū)動電壓一般1015V，使IGBT開通的驅(qū)動 電壓一般1520V 關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓（一般取 -5-15V）有 利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振 蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。 數(shù)值較小的柵極電阻能加快柵極電容的充放電，從而減小 開關(guān)時間和開關(guān)損耗，但與此同時也降低了柵極的抗噪聲 能力，并可能導(dǎo)致寄生電感產(chǎn)生振蕩。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路 電力電力MOSFETMOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣 隔離和晶體管放大

13、電路兩部分 無輸入信號時高速放大器A輸出 負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動電壓 當(dāng)有輸入信號時A輸出正電平，V2 導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓 A + - MOSFET 20 V 20 V u i R 1R 3 R 5 R 4 R 2 R G V 1 V 2 V 3 C 1 -V CC +V CC 圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動電路 專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計的混合集 成電路有三菱公司的M57918L，其輸入 信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖 電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V 和-10V。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全

14、控型器件的驅(qū)動電路 IGBT的驅(qū)動 可使用分立元件組成驅(qū)動電路，也可使用IGBT專用集成驅(qū)動電 路。IGBT專用集成驅(qū)動電路可靠性高、體積小，是專用于IGBT 的集驅(qū)動、保護(hù)等功能于一體的復(fù)合集成電路，主要有富士公 司的EXB8XX系列和夏普公司的PC929等 。 EXB8XX系列IGBT專用集成驅(qū)動電 路采用單列直插式封裝，使用單 電源20V供電，在輸出腳3和1間 產(chǎn)生約15V的導(dǎo)通驅(qū)動電壓，而 通過內(nèi)部穩(wěn)壓管在輸出腳1和9間 產(chǎn)生約-5V的關(guān)斷偏壓。其內(nèi)置 過流保護(hù)電路，可通過檢測IGBT 在導(dǎo)通過程中的飽和壓降來實施 對IGBT的過流保護(hù)，同時提供過 流檢測輸出信號，便于外部電路 采集。

15、由于其內(nèi)部集成了功率放 大電路，在一定程度上提高了驅(qū) 動電路的抗干擾能力。 A G C E 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.1 5.1 典型全控型器件的驅(qū)動電典型全控型器件的驅(qū)動電 路路 IGBT驅(qū)動電路的應(yīng)用電壓電流范圍 標(biāo)準(zhǔn)型驅(qū)動電路信號延遲時間為4s，最大運行頻率為 10kHz；高速型驅(qū)動電路信號最大延遲時間為1.5s，最大運 行頻率為40kHz。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2 5.2 電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 5 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.1 5.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及

16、過電壓保護(hù) 電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓 外因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因 (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管 在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng) 恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩 端感應(yīng)出過電壓 (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低 而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子

17、與電力傳動教研組 5.2.1 5.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 過電壓過電壓 保護(hù)措施保護(hù)措施 S 圖1-34 F RV RCD T D C U M RC 1 RC 2 RC 3 RC 4 L B SDC 閥側(cè)器件換相過電 壓抑制用RC電路 壓敏電阻過 電壓抑制器 閥側(cè)浪涌過 電壓抑制用 RC電路 變壓器靜 電屏蔽層 避雷器 閥側(cè)浪涌過 電壓抑制用 反向阻斷式R C電路 靜電感應(yīng)過電 壓抑制電容 直流側(cè)RC抑 制電路 閥器件關(guān)斷過 電壓抑制用RC D電路 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.1 5.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及

18、過電壓保護(hù) +-+- a)b) 網(wǎng)側(cè) 閥側(cè)直流側(cè) 圖1 -35 CaRa CaRa CdcRdcCdcRdc CaRa CaRa 圖1-35 RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式 a) 單相 b)三相 外因過電壓抑制措施 中，RC過電壓抑制電 路最為常見，典型聯(lián) 結(jié)方式見圖1-35 RC過電壓抑制電路可 接于供電變壓器的兩 側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng) 側(cè)，電力電子電路一 側(cè)稱閥側(cè)），或電力 電子電路的直流側(cè) 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.1 5.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 大容量電力電子裝置可采用圖1-36所示的反向阻斷式RC電路 圖1-36反向阻斷式過

19、電壓抑制用RC電路 保護(hù)電路參數(shù)計算可參考相關(guān)工程手冊 其他措施：用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二 極管（BOD）等非線性元器件限制或吸收過電壓 電力電子裝置 過電壓抑制電路 圖1-36 C1 R1 R2 C2 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.2 5.2.2 過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù)過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù) 過電流過載和短路兩種情況 常用措施：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器 同時采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性 電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護(hù)，直流 快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定

20、在過載 時動作 圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置 負(fù)載 觸發(fā)電路開關(guān)電路 過電流 繼電器 交流斷路器 動作電流 整定值 短路器 電流檢測 電子保護(hù)電路 快速熔斷器 變流器 直流快速斷路器 電流互感器 變壓器 圖1 -37 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.2 5.2.2 過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù)過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù) 快速熔斷器快速熔斷器 電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施 選擇快熔時應(yīng)考慮： (1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定 (2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定 (3)快熔的I I 2 2t t值應(yīng)小于被保護(hù)器件

21、的允許I I 2 2t t值 (4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性 快熔對器件的保護(hù)方式：快熔對器件的保護(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種 全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度 較大的場合 短路保護(hù)方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.2 5.2.2 過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù)過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù) 快速開關(guān)用在直流電路中，它的完全分?jǐn)鄷r間最快為10ms。 過流繼電器有直流和交流兩種，它們動作時間一般為幾百ms。 在實際裝置中，為了避免經(jīng)常更換快熔，一般需用較小容量快速 開關(guān)或過流繼電器

22、，而同時選用較大容量的快熔。這樣，在發(fā)生 過流時，快速開關(guān)或過流繼電器首先動作，即使動作速度不如快 熔，同樣可以保護(hù)器件。經(jīng)過復(fù)位后，又可正常工作。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.2 5.2.2 過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù)過電流的產(chǎn)生及過電流保護(hù) 對重要的且易發(fā)生短路 的晶閘管設(shè)備，或全控 型器件（很難用快熔保 護(hù)），需采用電子電路 進(jìn)行過電流保護(hù) 一般采用電流互感器檢 測主電路電流，轉(zhuǎn)換成 直流電壓后送給電壓比 較器，與設(shè)定值進(jìn)行比 較。優(yōu)點一是響應(yīng)迅速， 二是設(shè)定過流值方便。 霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.

23、3 5.2.3 緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 緩沖電路緩沖電路（吸收電路）：吸收電路）： 抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開 關(guān)損耗 關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）吸收器件的關(guān)斷過電 壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗 開通緩沖電路（di/dt抑制電路）抑制器件開通時的電 流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗 將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起復(fù)合緩沖 電路 通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做 di/dt抑制電路 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.3

24、5.2.3 緩沖電路（緩沖電路（Snubber Circuit） 緩沖電路作用分析緩沖電路作用分析 1.無緩沖電路： V開通時電流迅速上升，d di i/ / d dt t很大 關(guān)斷時d du u/d/dt t很大，并出現(xiàn) 很高的過電壓 2.有緩沖電路 V開通時：C Cs s通過Rs向V放電， 使i iC C先上一個臺階，以后因 有L Li i，i iC C上升速度減慢 V關(guān)斷時：負(fù)載電流通過VDs 向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)， 抑制了du/dt和過電壓 VDi和Ri的作用是在V關(guān)斷時， 給Li提供貯能的釋放回路。 a) b) 圖1-38 Ri VD L V di dt抑制電路 緩沖電路 Li

25、 VD i Rs Cs VDs t uCE iC O di dt抑制電路 無時 di dt抑制電路 有時 有緩沖電路時 無緩沖電路時 uCE iC 圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩 沖電路及波形 a) 電路 b) 波形 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.3 5.2.3 緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 充放電型RCD緩沖電路（圖1-38），適用于中等容量的場合 圖1-40示出另兩種，其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而 放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件 圖1-40另外兩種常用的緩沖電路 a)RC

26、吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路 L 緩沖電路 L 緩沖電路 負(fù)載 負(fù)載 a)b) 圖1-40 Ed Rs Cs Ed Rs Cs VDs 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.2.3 5.2.3 緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 緩沖電路中的元件選取及其他注意事項緩沖電路中的元件選取及其他注意事項 C Cs s和R Rs s的取值可實驗確定或參考工程手冊 VDVDs s須選用快恢復(fù)二極管，額定電流不小于主電路器件的1/10 盡量減小線路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電容 中小容量場合，若線路電感較小，可只在直流側(cè)設(shè)一個d d

27、u u/d/dt t 抑制電路 晶閘管在實用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓， 關(guān)斷時也沒有較大的d du u/d/dt t，一般采用RC吸收電路即可 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3 5.3 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián) 5.3.1 晶閘管的串聯(lián) 5.3.2 晶閘管的并聯(lián) 5.3.3 電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.1 5.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 目的目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián) 問題問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異， 使器件電壓分配不均勻

28、 靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同，但因 靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等 承受電壓高的器件首先達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另 一個器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用 反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個 隨之擊穿 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.1 5.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 靜態(tài)均壓措施靜態(tài)均壓措施 選用參數(shù)和特性盡量一致的器件 采用電阻均壓，R Rp p的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多 圖1-41晶閘管的串聯(lián) a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施 b)a) 圖1-41 R C R C VT 1 VT 2 R P R P I O U U

29、 T1 IR U T2 VT 1 VT 2 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.1 5.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 動態(tài)均壓措施動態(tài)均壓措施 動態(tài)不均壓由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓 動態(tài)均壓措施： 選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件 用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓 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 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.2 5.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 目的目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流 問題問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均 勻，SCR導(dǎo)通后的內(nèi)阻極小是并聯(lián)時很難均流的根本原因

30、。 均流措施均流措施 挑選特性參數(shù)盡量一致的器件 采用電阻均流，Rp的阻值應(yīng)顯著大于SCR 導(dǎo)通時的內(nèi)阻。（很少采用） 用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流 當(dāng)需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時， 通常采用先串后并的方法聯(lián)接 采用均流電抗器 VT1VT2 RPRP 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.2 5.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 圖143 晶閘管并聯(lián)均流電路 當(dāng)SCR由于伏 安特性差別， 器件電流趨于 不均衡時，電 感阻止各支路 電流的變化， 以減小各支路 電流的差異。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.3.3 IGBT5.3.3 IGBT的級聯(lián)的級聯(lián)

31、 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.45.4電力電子器件應(yīng)用共性問題散熱 電力電子器件的散熱 電力電子器件在傳遞和處理電能的同時，也要在管芯上產(chǎn)生相應(yīng)的功率損耗， 引起管芯溫度增加。為了保證器件正常工作，必須規(guī)定最高允許結(jié)溫，與最 高結(jié)溫對應(yīng)的器件耗散功率即是器件的最大允許耗散功率。器件正常工作時 不應(yīng)超過最高結(jié)溫和功耗的最大允許值，否則，器件特性與參數(shù)將要產(chǎn)生變 化，甚至導(dǎo)致器件產(chǎn)生永久性的燒壞現(xiàn)象。 管芯溫度的高低與器件內(nèi)部功耗的大小、管芯到外界環(huán)境的傳熱條件(傳熱機 構(gòu)、材料、冷卻方式等)以及環(huán)境溫度等有關(guān)。設(shè)法減小器件的內(nèi)部功耗、改 善傳熱條件，對保證器件長期可靠運

32、行有極重要的作用。 為了便于散熱，功率器件多加裝散熱器，結(jié)溫升高后的散熱過程和路線如下： 管芯內(nèi)部功耗產(chǎn)生的熱能以傳導(dǎo)方式由管芯傳到固定它的外殼的底座上，再 由外殼將部分熱能以對流和輻射的形式傳到環(huán)境中去，大部分熱能則是通過 底座直接傳到散熱器上，最后由散熱器傳到空氣中。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.45.4電力電子器件應(yīng)用共性問題散熱 工程實際中，結(jié)溫通常是指芯片的平均溫度，由于功率器件的芯片較大，溫 度分布是不均勻的，可能出現(xiàn)局部比最高允許結(jié)溫高得多的過熱點，導(dǎo)致器 件損壞。所以規(guī)定的最高允許結(jié)溫遠(yuǎn)低于其本征失效溫度，這被稱為結(jié)溫減 額使用。 散熱設(shè)計的主要任務(wù)就

33、是根據(jù)器件的耗散功率Pd設(shè)計一個具有適當(dāng)熱阻的散熱 方式和散熱器，以確保器件的管芯溫度不高于額定結(jié)溫Tjm。當(dāng)散熱器的環(huán)境 溫度為Ta時，從管芯到環(huán)境的總熱阻為： d ajm aj P TT R 在實際情況中常把總熱阻分成三部分。第一部分為從管芯到管殼的結(jié)- 殼熱阻，第二部分為從管殼到散熱器的接觸熱阻，第三部分為從散熱器到環(huán) 境的散熱器熱阻。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.45.4電力電子器件應(yīng)用共性問題散熱 對器件用戶來說，結(jié)-殼熱阻是不能改變的一個參數(shù)。接觸熱阻的大小 與多種因素有關(guān)。它不但決定于器件的封裝形式、界面平整度和散熱器的安 裝壓力，還決定于管殼與散熱器之

34、間是否加絕緣墊片和導(dǎo)熱脂。一般情況下， 增加安裝壓力可減小接觸熱阻。在管殼和散熱器之間涂導(dǎo)熱脂也可減小接觸 熱阻，但加絕緣墊片會增加接觸熱阻。當(dāng)然，絕緣墊片只在不得不加時才加， 盡量選用導(dǎo)熱性好的材料，并涂敷導(dǎo)熱脂。散熱器熱阻與散熱器材料、形狀、 表面狀況、功耗元件的安裝位置以及冷卻介質(zhì)的性質(zhì)等多種因素有關(guān)。散熱 器表面經(jīng)黑化處理之后可明顯增加散熱效果，散熱器采用指狀或枝狀結(jié)構(gòu)， 可增加散熱面積。強迫風(fēng)冷是降低散熱器熱阻的一種有效形式，常用的風(fēng)冷 和自然冷卻散熱器由鋁板或鋁型材料制成。使用液體作為散熱介質(zhì)的液冷方 式對于降低熱阻的效力更高，所用的散熱器體積更小，特別適用于特大功率 耗散情況。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子與電力傳動教研組 5.45.4電力電子器件應(yīng)用共性問題散熱 使用風(fēng)機降低散熱器溫度目前有兩種控制方式，一種是風(fēng)機與 裝置同步工作，適合于負(fù)載基本不變的情況，如PC機電源；另一種 是風(fēng)機的起、停受裝置的內(nèi)部溫度（尤其是散熱器的溫度）控制。 常用的辦法是使用溫度傳感器采集溫度，與預(yù)設(shè)的溫度基準(zhǔn)進(jìn)行比 較，當(dāng)測量的溫度高于設(shè)定值后，風(fēng)機起動加速散熱；當(dāng)溫度下降 后，風(fēng)機停轉(zhuǎn)。這種方式適合負(fù)載變化的情況，例如以蓄電池為后 備電源的整流裝置，大多數(shù)時間蓄電池接近滿容量，充電電流較小， 整流裝置工作在輕載狀態(tài)，散熱器溫度不高，風(fēng)機不工作；在交流 電