電力電子技術(shù) 第1章 電力電子器件2ppt課件

1、 電力電子技術(shù) 電子教案第第1 1章章 電力電子器件電力電子器件2 21.5 1.5 其他新型其他新型 電力電子器件電力電子器件 1.5.1 MOS 1.5.1 MOS控制晶閘管控制晶閘管MCTMCT 1.5.2 1.5.2 靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管SITSIT 1.5.3 1.5.3 靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH 1.5.4 1.5.4 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCTIGCT 1.5.5 1.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路 注：以上內(nèi)容自學(xué)，簡單介紹注：以上內(nèi)容自學(xué)，簡單介紹1.5.51.5.5節(jié)節(jié)1.5.1 MOS1.5.1 MOS控

2、制晶閘管控制晶閘管MCTMCT MCTMOS Controlled Thyristor）MOSFET與晶閘管的復(fù)合 MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點： MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動功率、快速的開關(guān)過程 晶閘管的高電壓大電流、低導(dǎo)通壓降一個MCT器件由數(shù)以萬計的MCT元組成，每個元的組成為：一個PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFETMCT曾一度被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。因而，20世紀(jì)80年代以來一度成為研究的熱點。但經(jīng)過十多年的努力，其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，未能投入實際應(yīng)用1.5.2 1.5.2 靜

3、電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管SITSITSITSITStatic Induction TransistorStatic Induction Transistor）19701970年，年，結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管小功率小功率SITSIT器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，即器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，即可制成大功率的可制成大功率的SITSIT器件器件多子導(dǎo)電的器件，工作頻率與電力多子導(dǎo)電的器件，工作頻率與電力MOSFETMOSFET相當(dāng)，甚相當(dāng)，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場合至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場合在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大

4、和高在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用缺點：缺點：柵極不加信號時導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)通柵極不加信號時導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)通型器件，使用不太方便型器件，使用不太方便通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用1.5.3 1.5.3 靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH SITHStatic Induction Thyristor）1972年，在SIT的漏極層上附加一層與漏極層導(dǎo)電類型不同的發(fā)射極層而得到，因其

5、工作原理與SIT類似，門極和陽極電壓均能通過電場控制陽極電流，因此SITH又被稱為場控晶閘管Field Controlled ThyristorFCT） 比SIT多了一個具有少子注入功能的PN結(jié)， SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強。其很多特性與GTO類似，但開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件 SITH一般也是正常導(dǎo)通型，但也有正常關(guān)斷型。此外，其制造工藝比GTO復(fù)雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展1.5.4 1.5.4 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCTIGCTIGCTIGCTIntegrated Gate-Com

6、mutated Integrated Gate-Commutated T h y r i s t o rT h y r i s t o r ） ， 也 稱） ， 也 稱 G C TG C T G a t e -G a t e -Commutated ThyristorCommutated Thyristor），），2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBTIGBT與與GTOGTO的優(yōu)點，容量的優(yōu)點，容量與與GTOGTO相當(dāng)，開關(guān)速度快相當(dāng)，開關(guān)速度快1010倍，且可省去倍，且可省去GTOGTO龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過所需的龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過所需的驅(qū)動

7、功率仍很大驅(qū)動功率仍很大目前正在與目前正在與IGBTIGBT等新型器件激烈競爭，試圖等新型器件激烈競爭，試圖最終取代最終取代GTOGTO在大功率場合的位置在大功率場合的位置1.5.5 1.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路 2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊封裝在一個模塊中，稱為功率模塊可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對保護(hù)和緩沖電路的要求對保護(hù)和

8、緩沖電路的要求將器件與邏輯、控制、維護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信將器件與邏輯、控制、維護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路Power Integrated CircuitPICPower Integrated CircuitPIC）1.5.5 1.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路類似功率集成電路的還有許多名稱，但實際上各有側(cè)重類似功率集成電路的還有許多名稱，但實際上各有側(cè)重高壓集成電路高壓集成電路High Voltage ICHVICHigh Voltage ICHVIC一般指橫一般指橫向高壓器件與

9、邏輯或模擬控制電路的單片集成向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成智能功率集成電路智能功率集成電路Smart Power ICSPICSmart Power ICSPIC一般一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成智能功率模塊智能功率模塊Intelligent Power ModuleIPMIntelligent Power ModuleIPM則專指則專指IGBTIGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動電路的單片及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動電路的單片集成，也稱智能集成，也稱智能IGBTIGBTIntelligent IGBTIntelligent

10、IGBT）1.5.5 1.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路功率集成電路的主要技術(shù)難點：高低壓電路之功率集成電路的主要技術(shù)難點：高低壓電路之間的絕緣問題以及溫升和散熱的處理間的絕緣問題以及溫升和散熱的處理以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場合率應(yīng)用場合智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個難智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個難點點, ,最近幾年獲得了迅速發(fā)展最近幾年獲得了迅速發(fā)展功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機電一體化的理想接口機電一體化的理想接口1.6 1.6 電力電子

11、器件器件的驅(qū)動電力電子器件器件的驅(qū)動 1.6.1 1.6.1 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 1.6.2 1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 1.6.3 1.6.3 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1.6.1 1.6.1 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)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安全性都有重要

12、的意義對器件或整個裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電對器件或整個裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)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共端之間，可以使其為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號開通或關(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)對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號斷控制信號1.6.1 1.6.1

13、 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環(huán)驅(qū)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節(jié)，一般采用光隔離或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圖圖1-25光耦合器的類型及接法光耦合器的類型及接法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ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R11.6.1 1.6.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型具體形式可為分立元件

14、的，但目前的趨勢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(qū)動電路是采用專用集成驅(qū)動電路 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集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)動電路家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路1.6.2 1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通廣義上講，還包括對其觸發(fā)時刻進(jìn)行控制的相位廣義上講，還包括對其觸

15、發(fā)時刻進(jìn)行控制的相位控制電路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)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通結(jié)合擎觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通結(jié)合擎住電流的概念）住電流的概念）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)發(fā)區(qū)域之內(nèi)應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路應(yīng)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的電氣隔離1.6.2 1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路V1V1、V2V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)脈沖變壓器脈沖變壓器TMTM和附屬電路

16、構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)V1V1、V2V2導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖輸出觸發(fā)脈沖VD1VD1和和R3R3是為了是為了V1V1、V2V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TMTM釋釋放其儲存的能量而設(shè)放其儲存的能量而設(shè)圖圖1-26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（1s）t1t3強脈寬強脈寬度度IM強脈沖幅值強脈沖幅值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）圖圖1-27

17、常見的常見的晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路ItIMt1t2t3t4TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E21.6.3 1.6.3 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)動電路輸出電阻小驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小使使MOSFETMOSFET開通的驅(qū)動電壓一般開通的驅(qū)動電壓一般1015V1015V，使，使IGBTIGBT開通的驅(qū)動電壓一般開通的驅(qū)動電壓一般15 20V15 20V關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓

18、一般取關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓一般取 -5 -5 -15V -15V有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗有利于減小關(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定值的增大而減小1.6.3 1.6.3 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MOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分 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 三菱公司的M57918L，其

19、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。A+-MOSFET20 V20 VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+VCC圖圖1-32 電力電力MOSFET的的一種驅(qū)動電路一種驅(qū)動電路1.6.3 1.6.3 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 IGBT的驅(qū)動：多采用專用的混合集成驅(qū)動器 圖1-33M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖13故障指示檢測端VCC接口電路門極關(guān)斷電路定時及復(fù)位電路檢測電路415861413uoVEE81546-10V+15V30V+5 VM57962 L14ui1快恢復(fù)trr0.2

20、s4.7k 3.1 100 F100 F1.6.3 1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路常用的有三菱公司的常用的有三菱公司的M579M579系列如系列如M57962LM57962L和和M57959LM57959L和富士公司的和富士公司的EXBEXB系列如系列如EXB840EXB840、EXB841EXB841、EXB850EXB850和和EXB851EXB851）內(nèi)部具有退飽和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電內(nèi)部具有退飽和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷流時能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBTIGBT，并向外部電，并向外部電路給出故障信號路給出故障信號M57962L

21、M57962L輸出的正驅(qū)動電壓均為輸出的正驅(qū)動電壓均為+15V+15V左右，左右，負(fù)驅(qū)動電壓為負(fù)驅(qū)動電壓為 -10V -10V。1.7 1.7 電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù) 1.7.1 1.7.1 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) 1.7.2 1.7.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù) 1.7.3 1.7.3 緩沖電路緩沖電路Snubber CircuitSnubber Circuit）1.7 1.7 電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)1.7.1 1.7.1 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) 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

22、電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓和內(nèi)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：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) (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 (2) (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起雷擊過電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過電壓主要來自裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程：內(nèi)因過電壓主要來自裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程： (1) (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的換相過電壓：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

23、時，該反向電流急劇反向電流流過，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)出過電壓減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓 (2) (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅關(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)出的過電壓速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓1.7.1 1.7.1 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)過電壓保護(hù)措施過電壓保護(hù)措施 圖圖1-34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(yīng)過電壓抑制電靜電感應(yīng)過電壓抑制電容容RC1閥側(cè)浪涌過

24、電壓抑制用閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式抑制用反向阻斷式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(cè)直流側(cè)RC抑制電路抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種 其中其中RC3和和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電 路范疇路范疇S圖1-34FRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC1.7.1 1.

25、7.1 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) 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) 圖1-35RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式 a)單相b)三相 +-+-a)b)網(wǎng)側(cè)閥側(cè)直流側(cè)圖1 -35CaRaCaRaCdcRdcCdcRdcCaRaCaRa1.7.1 1.7.1 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反向阻斷式大容量電力電子裝置可采用反向阻斷式RCRC電路電路 圖圖1-361-36反向阻斷式過電壓抑制用反

26、向阻斷式過電壓抑制用RCRC電路電路 保護(hù)電路參數(shù)計算可參考相關(guān)工程手冊保護(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)折二極管二極管BODBOD等非線性元器件限制或吸收過電壓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1-36C1R1R2C21.7.2 1.7.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù) 過電流過電流過載和短路兩種情況，常用措施圖過載和短路兩種情況，常用措施圖1-371-37） 快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器快速熔斷器、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，

27、提高可靠性和合理性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)，過電流繼電器整定在過載時動作電流繼電器整定在過載時動作 圖圖1-371-37過電流保護(hù)措施及配置位置過電流保護(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 -371.7.3 1.7.3 緩沖電路緩沖電路Snubber

28、 CircuitSnubber Circuit） 緩沖電路緩沖電路SnubberCircuit又稱吸收電路。又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、du/dt或者過電流、或者過電流、di/dt，減少器件的開關(guān)損耗。，減少器件的開關(guān)損耗。 緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。 *關(guān)斷緩沖電路又稱為關(guān)斷緩沖電路又稱為du/dt抑制電路，用于抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt、減少關(guān)斷損耗。、減少關(guān)斷損耗。 *開通緩沖電路又稱為開通緩沖電

29、路又稱為di/dt抑制電路，用于吸抑制電路，用于吸收器件的開通時的電流過沖和抑制收器件的開通時的電流過沖和抑制di/dt、減少開、減少開通損耗。通損耗。1.7.3 1.7.3 緩沖電路緩沖電路Snubber CircuitSnubber Circuit）緩沖電路作用分析緩沖電路作用分析無緩沖電路：無緩沖電路： di/dt di/dt、du/dtdu/dt很大很大有緩沖電路：有緩沖電路：V V開通時：開通時：CsCs通過通過RsRs向向V V放電，使放電，使iCiC先先上一個臺階，以后因上一個臺階，以后因有有LiLi，iCiC上升速度減上升速度減慢慢V V關(guān)斷時：負(fù)載電流關(guān)斷時：負(fù)載電流通過通過

30、VDsVDs向向CsCs分流，分流，減輕了減輕了V V的負(fù)擔(dān)，抑的負(fù)擔(dān)，抑制了制了du/dtdu/dt和過電壓和過電壓a)b)圖1-38RiVDLVdidt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圖圖1-38di/dt抑制電路和充放抑制電路和充放電型電型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1.7.3 1.7.3 緩沖電路緩沖電路Snubber CircuitSnubber Circuit） 關(guān)斷時的負(fù)載曲線關(guān)斷時的負(fù)載曲線 無緩沖電路時：無緩沖電路時：uCEuCE迅速升，迅速升，

31、L L感應(yīng)電壓使感應(yīng)電壓使VDVD通，負(fù)載線從通，負(fù)載線從A A移到移到B B，之后，之后iCiC才下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移到才下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移到C C 有緩沖電路時：有緩沖電路時：CsCs分流使分流使iCiC在在uCEuCE開始上升時就下降，負(fù)載線開始上升時就下降，負(fù)載線經(jīng)過經(jīng)過D D到達(dá)到達(dá)C C 負(fù)載線負(fù)載線ADCADC安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損耗大大降低耗大大降低 圖圖1-391-39關(guān)斷時的負(fù)載線關(guān)斷時的負(fù)載線 ADCB無緩沖電路有緩沖電路圖1-39uCEiCO1.7.3 1.7.3 緩沖電路緩沖電

32、路Snubber CircuitSnubber Circuit） 充放電型RCD緩沖電路，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1-40EdRsCsEdRsCsVDs1.7.3 1.7.3 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：CsCs和和RsRs的取值可實驗確定或參考工程手冊的取值

33、可實驗確定或參考工程手冊VDsVDs必須選用快恢復(fù)二極管，額定電流不小于主必須選用快恢復(fù)二極管，額定電流不小于主電路器件的電路器件的1/101/10盡量減小線路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電盡量減小線路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電容容中小容量場合，若線路電感較小，可只在直流側(cè)中小容量場合，若線路電感較小，可只在直流側(cè)設(shè)一個設(shè)一個du/dtdu/dt抑制電路抑制電路 對對IGBTIGBT甚至可以僅并聯(lián)一個吸收電容甚至可以僅并聯(lián)一個吸收電容晶閘管在實用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)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)斷時也沒有較大的斷過電壓，關(guān)斷時也沒有較大的du/dtdu/d

34、t，一般，一般采用采用RCRC吸收電路即可吸收電路即可1.8 1.8 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用 1.8.1 晶閘管的串聯(lián) 1.8.2 晶閘管的并聯(lián) 1.8.3 電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點1.8.1 1.8.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)聯(lián)問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性問題：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，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

35、的分散性，各器件分壓不等但因靜態(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，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，失去控制使另一個器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用作用反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿一個隨之擊穿1.8 1.8 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用1.8.1 1.8.1 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選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，采用電阻均壓，RpRp的阻值應(yīng)比器件阻

36、斷時的正、反向電的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多阻小得多圖圖1-411-41晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)a)a)伏安特性差異伏安特性差異b)b)串聯(lián)均壓措施串聯(lián)均壓措施b)a)圖1-41RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT21.8.1 1.8.1 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)不均壓動態(tài)不均壓由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓的不均壓動態(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選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件用用RCRC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓并聯(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

37、通時間上的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差異1.8.2 1.8.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電問題：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流分配不均勻均流措施均流措施挑選特性參數(shù)盡量一致的器件挑選特性參數(shù)盡量一致的器件采用均流電抗器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)接后并的方法聯(lián)接1.8.3 1.8.3 電力電力MOSF

38、ETMOSFET和和IGBTIGBT并聯(lián)運行的特點并聯(lián)運行的特點電力電力MOSFETMOSFET并聯(lián)運行的特點：并聯(lián)運行的特點：RonRon具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力，容易并聯(lián)力，容易并聯(lián)注意選用注意選用RonRon、UTUT、GfsGfs和和CissCiss盡量相近的器盡量相近的器件并聯(lián)件并聯(lián)電路走線和布局應(yīng)盡量對稱電路走線和布局應(yīng)盡量對稱可在源極電路中串入小電感可在源極電路中串入小電感, ,起到均流電抗器的起到均流電抗器的作用作用IGBTIGBT并聯(lián)運行的特點：并聯(lián)運行的特點：在在1/21/2或或1/31/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)，在以上的區(qū)段則具有正溫度有負(fù)的溫度系數(shù)，在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)；系數(shù)；并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)并聯(lián) 。本章小結(jié)本章小結(jié) 電力電子器件的概念、特征和分類以及應(yīng)用電力電力電子器件的概念、特征和分類以及應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成；電子器件的