器件的驅動PPT課件

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 驅動電路主電路與控制電路之間的接口 性能良好的驅動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)。（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意義。 器件的驅動電路除完成驅動功能外，往往還完成故障保護和電氣隔離。9.1.1第1頁/共25頁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)，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器,用于數(shù)十khz以下 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器,最高可達幾MHZERERERa)b)c)UinUoutR1IC

2、IDR1R1圖9-1 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型第2頁/共25頁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按照驅動信號的性質分，可分為電流驅動型和電壓驅動型。驅動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路。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)的集成驅動電路。分類分類第3頁/共25頁晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門限觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路滿足下列要求：9.1.

3、2 1. 觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。對感性和反電勢負載用寬觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。對感性和反電勢負載用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于60度或采用相隔度或采用相隔60度的雙窄度的雙窄脈沖。脈沖。 2. 觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。對戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應增觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。對戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應增大為器件觸發(fā)電流的大為器件觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達1-2A/us。 3. 不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內。不超過門極電壓、電流和

4、功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內。 4. 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。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。第4頁/共25頁晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 可控硅常見觸發(fā)驅動電路： b1端高壓V1通-V2導通脈沖變壓器初級電流通過脈沖變壓器次極感應電壓（上正下負）VD2導通通過R4限流輸出正脈沖 b1端低電平V1截止V2截止TM脈沖變壓器初級經(jīng)過R3和VD，構成反方向電流通過脈沖變壓器次極感應電壓（上負，下正）VD2截止無脈沖輸出圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時間（光耦通電流V2導通V3截止V4通V5通，V6截止通過C2，R5

5、在GTR基極加入脈沖電流 A端低電平光耦不通V2截止V3導通V4，V5截止V6導通通過VD4，R5，GTR基極反向抽流，加速GTR截止圖9-7GTR的一種驅動電路9.1.3VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2第7頁/共25頁典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路2. 電壓驅動型器件的驅動電路 電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件 電力MOSFET和IGBT的柵射極之間都有數(shù)百至數(shù)千皮法的極間電容，為快速建立驅動電壓，要求驅動電路具有較小的輸出電阻。 MOSFET柵極驅動電壓一般取10-15V。IGBT取15-2

6、0V 關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（-5 -15V）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可以減小寄生振蕩。9.1.3電力MOSFET的一種驅動電路A+-MOSFET20 V20 VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1- VCC+ VCC第8頁/共25頁典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路9.1.3 圖中A為高速放大器，V2和V3構成圖騰柱輸出驅動電路。背靠背反串穩(wěn)壓管用于MOSFET門極保護。 工作原理分析如下： Ui無信號V1截止放大器A輸出負電平V3通MOSFET柵極反向抽流，加速關斷 Ui有信號光耦通V1通放大器輸出正電平V2通+Vcc-V2-R2

7、構成通路向MOSFET柵極充電，加速MOSFET導通 實際應用如功率器件的用量較大或可靠性要求較高，可選用集成驅動電路 如驅動GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL 驅動MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110 驅動IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。第9頁/共25頁電力電子器件器件的保護電力電子器件器件的保護 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 9.2.2 過電流保護 9.2.3 緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2在電力電子電路中，

8、除了主電路設計正確，電力在電力電子電路中，除了主電路設計正確，電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅動電路設計良好外，電子器件參數(shù)選擇合適，驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保護，采用合適的過電壓保護，過電流保護，du/dt保護保護和和di/dt保護是必要的。保護是必要的。 第10頁/共25頁過電壓的產(chǎn)生分外因過電壓和內因過電壓兩類: 1.外因過電壓：a. 操作過電壓 b雷擊過電壓 2.內因過電壓：a. 換相過電壓 b. 關斷過電壓過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 9.2.1 第11頁/共25頁過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護電力電子裝置可能的過電壓外因過電

9、壓和內因過電壓 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、合閘等開關操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起 內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓 (2) 關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。 9.2.1 第12頁/共25頁 過電壓和抑制措施及配置如圖9-10所示。 過壓抑制的種類： a.RC電路 b.壓敏電阻 c.RD

10、C電路圖9-10過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路 9.2.1 SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC第13頁/共25頁過電流保護過電流保護過電流過載和短路兩種情況 常用措施（圖9-13）電力電子裝置運行不正常或者發(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種，圖9-13給出了各種過電流保護措施及其配置位量。圖9-13過電流保護措施

11、及配置位置9.2.2負載觸發(fā)電路開關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第14頁/共25頁一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施： a 電子電路過流保護電路，就近保護功率器件，如SCR，GTR，MOSFET b 快速熔斷器：電子保護不起作用時，由快速熔斷完成 c 交流斷路器，前兩種保護不起作用，由交流熔斷器完成切斷電路。這種保護最徹底，但速度較慢。過電流保護過電流保護9.2.2第15頁/共25頁 緩沖電路又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內因過電壓、du/dt電壓上升率、di/dt電流上升率，減小器件的開關

12、損耗 緩沖電路可分為關斷緩沖電路和開通緩沖電路。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3第16頁/共25頁 A. 關斷緩沖電路又稱du/dt抑制電路，用于吸收器件的關斷電壓和換相過電壓，抑制du/dt上升率，減小關斷損耗，典型由RDC元件構成。 B. 開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗，典型由RDL器件構成。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路 b) 波形緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3a

13、)b)RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC第17頁/共25頁關斷時的負載曲線 圖9-15關斷時的負載線無緩沖電路時：uCE迅速升，L感應電壓使VD通，負載線從A移到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負載線隨之移到C。有緩沖電路時：Cs分流使iC在uCE開始上升時就下降，負載線經(jīng)過D到達C。負載線ADC安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關斷損耗大大降低。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3在無緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極在無緩

14、沖電路的情況下，絕緣柵雙極管管V開通電流迅速上升，開通電流迅速上升，di/dt很大，很大，也就是所承受的電流應力很大。也就是所承受的電流應力很大。IGBT關斷時的關斷時的du/dt很大，并出現(xiàn)很很大，并出現(xiàn)很高的過電壓，也就是說所承受的電壓高的過電壓，也就是說所承受的電壓應力很大。應力很大。無緩沖電路情況下，器件工作在負載無緩沖電路情況下，器件工作在負載線線A-B-C，器件開關損耗很大，可，器件開關損耗很大，可能超安全工作區(qū)。能超安全工作區(qū)。有緩沖電路時，器件工作在負載線有緩沖電路時，器件工作在負載線A-D-C，器件開關損耗很小，工作在，器件開關損耗很小，工作在安全區(qū)內。安全區(qū)內。 ADCB無

15、緩沖電路有緩沖電路uCEiCO第18頁/共25頁9.2.39.2.3 緩沖電路緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路其中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9-16另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路第19頁/共25頁9.3 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用第20頁/共25頁9.3.1 晶閘管的串聯(lián)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。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

16、壓不等。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。目的目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。第21頁/共25頁9.3.1 晶閘管的串聯(lián)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，Rp的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖9-17晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施動態(tài)均壓措施動態(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的差異。第22頁/共25頁9.3.2 晶閘管的并聯(lián)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。 均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。目的目的：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電