電力電子技術(shù)7

1、1電力電子變流技術(shù)電力電子變流技術(shù)第第 二十七二十七 講講主講教師：隋振學(xué)時：主講教師：隋振學(xué)時：322第第7章章 自關(guān)斷器件自關(guān)斷器件37.1 電力晶體管電力晶體管 電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時候也稱為Power BJT。 DATASHEET 1 2 應(yīng)用應(yīng)用 20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。 術(shù)語用法術(shù)語用法：4與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流

2、大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。7.1 電力晶體管電力晶體管1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理圖7-1 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動57.1 電力晶體管電力晶體管 在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。 集電極電流ic與基極電流ib之比為（7-2） GTR的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力 。 當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關(guān)系為 ic= ib +Iceo （7-1）

3、單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。bcii空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ )ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理67.1 電力晶體管電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)截止區(qū)、放大區(qū)放大區(qū)和飽和區(qū)飽和區(qū)。 在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2 BUcex BUces BUcer Buceo。實際使用時，最高工作電壓要比BUceo低得多。3）GTR的主要參數(shù)的主

4、要參數(shù)97.1 電力晶體管電力晶體管通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時所對應(yīng)的Ic 。實際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點。 3) 集電極最大耗散功率集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率。產(chǎn)品說明書中給PcM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度 。 2) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流IcM107.1 電力晶體管電力晶體管一次擊穿一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大。 只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。 二次擊穿二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工

5、作特性明顯衰變 。 安 全 工 作 區(qū) （安 全 工 作 區(qū) （ S a f e Operating AreaSOA） 最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖7-5 GTR的安全工作區(qū) GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)117.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 與普通晶閘管的相同點相同點： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。 和普通晶閘管的不同點不同點：GTO是一種多元的功率集成器件。c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK圖7-6 GTO的

6、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理127.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 工作原理工作原理： 與普通晶閘管一樣，可以用圖7-7所示的雙晶體管模型來分析。 RN PNPN PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖7-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 1 1+ + 2 2=1=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。是器件臨界導(dǎo)通的條件。 由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益 1 1和 2 2 。137.

7、2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別區(qū)別： 設(shè)計2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO。 導(dǎo)通時1+2更接近1，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 RN P NP N PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b )圖7-7 晶閘管的工作原理147.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。 GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力

8、強 。 由上述分析我們可以得到以下結(jié)論結(jié)論：157.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管開通過程開通過程：與普通晶閘管相同關(guān)斷過程關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同 儲存時間儲存時間ts，使等效晶體管退出飽和。 下降時間下降時間tf 尾部時間尾部時間tt 殘存載流子復(fù)合。 通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。 門極負(fù)脈沖電流幅值越大，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖7-8 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形 GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性167.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) 延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約

9、12s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大。 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。下降時間一般小于2s。（2） 關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff（1）開通時間開通時間ton 不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。177.2 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管（3）最大可關(guān)斷陽極電流最大可關(guān)斷陽極電流IATO（4） 電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 off off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關(guān)斷陽極電

10、流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。GMATOoffII187.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 分為結(jié)型結(jié)型和絕緣柵型絕緣柵型 通常主要指絕緣柵型絕緣柵型中的MOSMOS型型（Metal Oxide Semiconductor FET） 簡稱電力MOSFET（Power MOSFET） 結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT） 特點特點用柵極電壓來控制漏極電流 驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。 開關(guān)速度快，工作頻率高。 熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置

11、。電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管197.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET的種類的種類 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道溝道和N溝道溝道。 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。 增強型增強型對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道。 電力MOSFET主要是N溝道增強型溝道增強型。 DATASHEET1）電力）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理207.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計。

12、N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖7-9 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號217.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。 按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)227.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管

13、截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。 導(dǎo)電導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS 當(dāng)UGS大于UT時，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖7-10電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力電力MOSFET的工作原理的工作原理237.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性。ID較大時，ID與與UGS

14、的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)跨導(dǎo)Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖7-11 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性2）電力）電力MOSFET的基本特性的基本特性247.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 截止區(qū)截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)） 飽和區(qū)飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)） 非飽和區(qū)非飽和區(qū)（對應(yīng)GTR的飽和區(qū)） 工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回

15、轉(zhuǎn)換。 漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。 通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。圖7-12電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性MOSFET的漏極伏安特性的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)10 20 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A257.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 開通過程開通過程 開通延遲時間開通延遲時間td(on) 上升時間上升時間tr 開通時間開通時間ton

16、開通延遲時間與上升時間之和 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 關(guān)斷延遲時間關(guān)斷延遲時間td(off) 下降時間下降時間tf關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff關(guān)斷延遲時間和下降時間之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖7-13 電力MOSFET的開關(guān)過程a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形up脈沖信號源，Rs信號源內(nèi)阻，RG柵極電阻，RL負(fù)載電阻，RF檢測漏極電流(2) 動態(tài)特性動態(tài)特性267.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。 可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。

17、不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。 開關(guān)時間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。 場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。 開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。MOSFET的開關(guān)速度的開關(guān)速度277.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管3) 電力電力MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù) 電力MOSFET電壓定額(1) 漏極電壓漏極電壓UDS (2) 漏極直流電流漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值和漏極脈沖電流幅值IDM電力MOSFET電流定額(3) 柵源電壓柵源電壓UGS UGS20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿

18、。 除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有： (4) 極間電容極間電容極間電容CGS、CGD和CDS287.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 兩類器件取長補短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件 絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT或IGT）(DATASHEET 1 2 ) GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點。 1986年投入市場，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。 GTR和GTO的特點雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)速度較

19、低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。 MOSFET的優(yōu)點單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。297.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管1) IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā) 射 極 柵 極集 電 極注 入 區(qū)緩 沖 區(qū)漂 移 區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖7-14 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡化等效電路 c) 電氣圖形符號307.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管

20、圖1-22aN溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT。 IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強的通流能力。 簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā) 射 極柵 極集 電 極注 入 區(qū)緩 沖 區(qū)漂 移 區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖7-15 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡化等效電路 c) 電氣圖形符號 IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)317.4 絕緣柵雙

21、極晶體管絕緣柵雙極晶體管 驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。 導(dǎo)通導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。 通態(tài)壓降通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關(guān)斷關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。 IGBT的原理的原理32a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加7.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管2) IGBT的基本特性的基本特性

22、(1) IGBT的靜態(tài)特性的靜態(tài)特性圖7-16 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IC與UGE間的關(guān)系(開啟電開啟電壓壓UGE(th)輸出特性輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。337.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖7-17 IGBT的開關(guān)過程 IGBT的開通過程的開通過程 與MOSFET的相似v 開通延遲時間開通延遲時間td(on) v

23、電流上升時間電流上升時間tr v 開通時間開通時間tonv uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。 tfv1IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程； tfv2MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。 (2) IGBTIGBT的動態(tài)特性的動態(tài)特性347.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管圖7-18 IGBT的開關(guān)過程v關(guān)斷延遲時間關(guān)斷延遲時間td(off）v電流下降時間電流下降時間v 關(guān)斷時間關(guān)斷時間toffv電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。vtfi1IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。vtfi2IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下

24、降較慢。 IGBT的關(guān)斷過程的關(guān)斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM357.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管3) IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)正常工作溫度下允許的最大功耗 。(3) 最大集電極功耗最大集電極功耗PCM包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 。 (2) 最大集電極電流最大集電極電流由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定。(1) 最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES367.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管

25、 IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：v 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 v 相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且 具有耐脈沖電流沖擊能力。v 通態(tài)壓降比VDMOSFET低。v 輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。v 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點 。 377.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)： IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件 。最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。 反向偏置安全工作區(qū)反向偏

26、置安全工作區(qū)（RBSOA）最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。 正偏安全工作區(qū)正偏安全工作區(qū)（FBSOA） 動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。 擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開始逐漸解決。NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。387.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 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。 一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電

27、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)： 按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(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。驅(qū)動電路驅(qū)動電路主電路與控制電路之間的接口397.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電電氣隔離氣隔離環(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ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖7-19 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型407.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路v按照驅(qū)動信號的性質(zhì)分，可分為

28、電流驅(qū)動型電流驅(qū)動型和電電壓驅(qū)動型壓驅(qū)動型。v驅(qū)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集成驅(qū)動電路專用集成驅(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。分類分類417.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路( (一一) )晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路v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時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。v晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求要求： 脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。 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，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之

29、內(nèi)。 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。tIIMt1t2t3t4圖7-20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強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度I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427.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路( (一一) ) 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路vV1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。v脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。v V1、V2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。圖7-21 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437.5 驅(qū)

30、動電路驅(qū)動電路( (二二) ) 全控型器件的驅(qū)動電路全控型器件的驅(qū)動電路(1) GTO GTO的開通控制開通控制與普通晶閘管相似。GTO關(guān)斷控制關(guān)斷控制需施加負(fù)門極電流。圖7-22推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1) 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)動電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓 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)關(guān)斷驅(qū)動電路動電路和門極反偏電路門極反偏電路三部分，可分為脈沖變脈沖變壓器耦合式壓器耦合式和直接耦合直接耦合式式兩種類型。447.5 驅(qū)動電路驅(qū)動電路( (二二) ) 全控型器件的驅(qū)動電路全控型器件的驅(qū)動電路 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