第三章電力電子器件的驅動和保護

1、第三節(jié) 電力電子器件的驅動和保護v本章重點 v第一節(jié)晶閘管觸發(fā)電路v第二節(jié) 電力電子器件的驅動v第三節(jié) 電力電子器件的保護v第四節(jié) 電力電子器件的緩沖電路v本章小結本章重點v掌握觸發(fā)電路的基本要求、電路構成及工作原理；v熟悉電力電子器件的驅動要求和驅動電路的原理及組成；v掌握電力電子器件的各種保護及擴容方法；v了解電力電子器件的緩沖電路的原理和作用；第一節(jié) 晶體管觸發(fā)電路1.簡介： 為了減少門極損耗與確保觸發(fā)時刻的準確性，門極電壓、電流均采用脈動形式。一、對晶閘管觸發(fā)電路的要求1）觸發(fā)信號應有足夠的功率（電壓、電流） 1.電壓、電流必須大于產(chǎn)品提供的參數(shù)； 2.不得超過規(guī)定的門極最大允許峰值電

2、壓、電流2）對觸發(fā)信號的波形要求 1.脈沖有一定寬度：保證觸發(fā)間陽流能到達IL； 2.脈沖前沿疊加強觸發(fā)：快速可靠觸發(fā)（大功率）3）觸發(fā)脈沖的同步及移相范圍 1.同步：觸發(fā)脈沖與陽極電壓（電源電壓波形）保存固定的相位關系； 移相范圍：見書31頁表1-5 ，見書49頁表2-1 4）防止干擾與誤觸發(fā) 誤導通：由于干擾信號進入門極電路而引起誤導通。 處理 對觸發(fā)電路進行屏蔽； 隔離等干擾措施； 二、晶體管觸發(fā)電路 2.1 單結晶體管觸發(fā)電路 1.優(yōu)點： 簡單、可靠、觸發(fā)脈沖前沿陡坡、抗干擾能力強、溫度補償性能； 2.1.1 單結晶體管的結構與特性 1.結構（見書33頁，圖1-22） （第一基極b1

3、第二基極b2 發(fā)射極e）又 稱雙基管 它是一種特殊的半導體器件，有三個引出端，從圖1-22 中可知其只有一個PN結，又稱單結晶體管。 2.特性與單結晶體管振蕩電路2.1.2 單結晶體管自激振蕩電路2.1.3 單結晶體管觸發(fā)電路以單相半控橋單結晶體管觸發(fā)電路為例；見flash模擬。2.2 晶閘管相控觸發(fā)電路晶閘管相控觸發(fā)電路一、一、晶閘管晶閘管對觸發(fā)電路的要求對觸發(fā)電路的要求（1）觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓；）觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓；（2）觸發(fā)脈沖應有足夠的功率；）觸發(fā)脈沖應有足夠的功率；（3）觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿應盡）觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿應盡可能陡；

4、可能陡；（4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。沖移相范圍必須滿足電路要求。 二、常用的觸發(fā)脈沖信號二、常用的觸發(fā)脈沖信號v（a）為正弦波觸發(fā)脈沖信號。前沿不陡，觸發(fā)）為正弦波觸發(fā)脈沖信號。前沿不陡，觸發(fā)準確性差，僅用在觸發(fā)要求不高的場合；準確性差，僅用在觸發(fā)要求不高的場合；v（b）尖脈沖。生成較容易，電路簡單，也用于）尖脈沖。生成較容易，電路簡單，也用于觸發(fā)要求不高的場合；觸發(fā)要求不高的場合；v（c）矩形脈沖；）矩形脈沖；v（d）強觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強觸）強觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強觸發(fā)功能，適用于大功

5、率場合；發(fā)功能，適用于大功率場合；v（e）雙窄脈沖。有強觸發(fā)功能，變壓器耦合效）雙窄脈沖。有強觸發(fā)功能，變壓器耦合效率高，用于控制精度較高，感性負載的裝置；率高，用于控制精度較高，感性負載的裝置；v（f）脈沖列。具有雙窄脈沖的優(yōu)點，應用廣泛。）脈沖列。具有雙窄脈沖的優(yōu)點，應用廣泛。三、脈沖電路與晶閘管的連接方式三、脈沖電路與晶閘管的連接方式1.直接連接：操作不安全，主電路干擾觸發(fā)電路。直接連接：操作不安全，主電路干擾觸發(fā)電路。 2.光耦合器連接：輸入和輸出間電隔離，絕緣性能好，抗干光耦合器連接：輸入和輸出間電隔離，絕緣性能好，抗干 擾能力強。擾能力強。3.脈沖變壓器耦合連接：有良好的電氣絕緣脈

6、沖變壓器耦合連接：有良好的電氣絕緣。四、四、 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 1、 脈沖形成與放脈沖形成與放大環(huán)節(jié)大環(huán)節(jié)v脈沖形成環(huán)節(jié)由脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構成；放大環(huán)節(jié)由構成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成。控制電組成。控制電壓壓uco加在加在V4基極上，基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器器TP二次輸出。二次輸出。 1、 脈沖形成與放大脈沖形成與放大環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)v當當V4的基極電壓的基極電壓uco=0時，時，V4截止。電源截止。電源+E1經(jīng)經(jīng)R11供供給給V5基極電流，使基極電流，使V5飽和飽和導通。所以導通。所以V5集電極電壓集電極電壓接近接近-E1，V7、V8

7、處于截止處于截止狀態(tài)，無脈沖輸出。電源狀態(tài)，無脈沖輸出。電源+E1經(jīng)經(jīng)R9、V5的發(fā)射極到的發(fā)射極到-E1對電容對電容C3充電，充滿后充電，充滿后電容端電壓接近電容端電壓接近2E1，極，極性如圖所示。性如圖所示。 1、 脈沖形成與放大脈沖形成與放大環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)v當當uco0.7V時，時，V4導通。導通。A點電位從點電位從+E1突降到突降到1V，由于電容由于電容C3兩端電壓不能兩端電壓不能突變，所以突變，所以V5基極電位也基極電位也突降到突降到-2E1，V5基射極反基射極反偏置，偏置，V5立即截止。它的立即截止。它的集電極電壓由集電極電壓由-E1迅速上迅速上升到鉗位電壓升到鉗位電壓2.1V時，使時，

8、使得得V7、V8導通，輸出觸發(fā)導通，輸出觸發(fā)脈沖。脈沖。 1、 脈沖形成與放大環(huán)脈沖形成與放大環(huán)節(jié)節(jié)v同時電容同時電容C3由由+E1經(jīng)經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，放電并反向充電，使使V5基極電位逐漸上升。直基極電位逐漸上升。直到到V5基極電位基極電位ub5 -E1，V5又重新導通。這時又重新導通。這時V5集電極集電極電壓立即降到電壓立即降到-E1，使，使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由沖前沿由V4導通時刻確定，導通時刻確定，脈沖寬度由反向充電時間常脈沖寬度由反向充電時間常數(shù)數(shù)R11C3決定。決定。 2、鋸齒波的形成和鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié)

9、v鋸齒波電壓形成電路由鋸齒波電壓形成電路由V1、V2、V3和和C2等元件組成，等元件組成，其中其中V1、VS、RP2和和R3為為一恒流源電路。一恒流源電路。 v當當V2截止時，恒流源電流截止時，恒流源電流I1C對電容對電容C2充電，充電，所以所以C2兩端的電壓兩端的電壓uC為為 uC按線性增長按線性增長，即即ub3按線性增長。調節(jié)電按線性增長。調節(jié)電位器位器RP2，可以改變，可以改變C2的恒定充電電流的恒定充電電流I1C。 v當當V2導通時，因導通時，因R4很小，所以很小，所以C2迅速放電，迅速放電，使得使得ub3電位迅速降到零伏附近。當電位迅速降到零伏附近。當V2周周期性地導通和關斷時，期性

10、地導通和關斷時，ub3便形成一鋸齒波。便形成一鋸齒波。射極跟隨器射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓對鋸齒波電壓ub3的影響。的影響。vV4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓直流偏移電壓up三者疊加所定三者疊加所定，它們分別它們分別通過電阻通過電阻R6、R7、R8 與與V4基極連接?；鶚O連接。 tICdtIuC1C1c1v根據(jù)疊加原理，先設根據(jù)疊加原理，先設uh為鋸齒波電壓為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時單獨作用在基極時的電壓，其值為的電壓，其值為 所以所以uh仍為鋸齒波，但斜率比仍為鋸齒波，但斜率比ue3低

11、。低。v同理，直流偏移電壓同理，直流偏移電壓up單獨作用在單獨作用在V4基極時的電壓基極時的電壓 為為 v控制電壓控制電壓uco單獨作用在單獨作用在V4基極時的電壓基極時的電壓 為：為： 所以，所以， 仍為一條與仍為一條與up平行的直線，但絕對值比平行的直線，但絕對值比up??；小； 仍為一條與仍為一條與uco平行的直線，但絕對值比平行的直線，但絕對值比uco小。小。 )/(/87687e3hRRRRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RRRRRuupuc0upuc0uv當當V4不導通時，不導通時，V4的基極的基極b4的波形由的波形由 確定。當確定。當b4點電壓等

12、于點電壓等于0.7V后，后，V4導通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變導通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變uco便便可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，脈沖被移相。加可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，脈沖被移相。加up的目的是為了的目的是為了確定控制電壓確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。時脈沖的初始相位。v以三相全控橋為例，當接反電勢電感負載時，脈沖初始相以三相全控橋為例，當接反電勢電感負載時，脈沖初始相位應定在位應定在=90度度；當；當uco=0時，調節(jié)時，調節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的的大小使產(chǎn)生脈沖的M點對應點對應=90度度的位置。當?shù)奈恢?。當uco為為0，=90度度，則輸出電壓，則輸出電壓為為0；如；如uco為正值，為正值，M點就向前

13、移，控制角點就向前移，控制角90度度，處于逆變狀態(tài)。處于逆變狀態(tài)。 cophuuu同步同步信號信號為鋸為鋸齒波齒波的觸的觸發(fā)電發(fā)電路的路的工作工作波形波形 3、 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)v同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管和晶體管V2組成。同步變組成。同步變壓器和整流變壓器接在同壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器一電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制的二次電壓來控制V2的通的通斷作用，這就保證了觸發(fā)斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。脈沖與主電路電源同步。 同步是指鋸齒波的頻率與主電路電同步是指鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位

14、關系確定。鋸源的頻率相同且相位關系確定。鋸齒波是由開關管齒波是由開關管V2控制的，也就是控制的，也就是由由V2的基極電位決定的。的基極電位決定的。v同步電壓同步電壓uTS經(jīng)二極管經(jīng)二極管VD1加在加在V2的的基極上。當電壓波形在負半周的下基極上。當電壓波形在負半周的下降段時，因降段時，因Q點為零電位，點為零電位，R點為點為負電位，負電位，VD1導通，電容導通，電容C1被迅速被迅速充電。充電。Q點電位與點電位與R點相近，故在點相近，故在這一階段這一階段V2基極為反向偏置，基極為反向偏置，V2截截止。止。v在負半周的上升段，在負半周的上升段，+E1電源通過電源通過R1給電容給電容C1充電，其上升速

15、度比充電，其上升速度比uTS波形慢，故波形慢，故VD1截截止，止，uQ為電容反向充電波形。當為電容反向充電波形。當Q點電位達點電位達1.4V時，時，V2導通，導通，Q點電位被鉗位在點電位被鉗位在1.4V。直到直到TS二次電壓的下一個負半周到來，二次電壓的下一個負半周到來，VD1重新導通，重新導通，C1放電后又被充電，放電后又被充電，V2截止。截止。v如此循環(huán)往復，在一個正弦波周期內，包括如此循環(huán)往復，在一個正弦波周期內，包括截止與導通兩個狀態(tài)，對應鋸齒波波形恰好截止與導通兩個狀態(tài)，對應鋸齒波波形恰好是一個周期，與主電路電源頻率和相位完全是一個周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達到同步的目的

16、?？梢钥闯鲣忼X波的同步，達到同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時間常數(shù)寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決定的。決定的。 4、雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 觸發(fā)電路自身在一個周期內可輸出兩個間隔觸發(fā)電路自身在一個周期內可輸出兩個間隔60度度的的脈沖，稱內雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過脈脈沖，稱內雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。v本觸發(fā)電路屬于內雙脈沖電路。當本觸發(fā)電路屬于內雙脈沖電路。當V5、V6都導通都導通時，時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有有一個截止，就會使一個截止，就

17、會使V7、V8導通，有脈沖輸出。因導通，有脈沖輸出。因此本電路可產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。此本電路可產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。v第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應的控制角對應的控制角使使V4由截止變導通造成由截止變導通造成V5瞬時截止，使得瞬時截止，使得V8輸出脈輸出脈沖。隔沖。隔60度度的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元通的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過連接到引腳過連接到引腳Y使本單元使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和和R17的作用主要是的作用主要是防止雙脈沖信號相互干擾。防止雙脈沖信號相互干擾。 v在三

18、相橋式全控整流電路中，雙脈沖在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個觸發(fā)器的環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個觸發(fā)器的連接順序是：連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5、強觸發(fā)環(huán)節(jié)強觸發(fā)環(huán)節(jié)v36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直直流電壓，經(jīng)流電壓，經(jīng)R15對對C6充電，充電，B點電位為點電位為50V。當當V8導通時，導通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側經(jīng)脈沖變壓器一次側R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容的電阻，且電容C6的存儲能量有限，的存儲能量有限，B點點

19、電位迅速下降。當電位迅速下降。當B點電位下降到點電位下降到14.3V時，時，VD15導通，導通，B點電位被點電位被15V電源鉗位電源鉗位在在14.3V，形成脈沖平臺。，形成脈沖平臺。C5組成加速電組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。 6、脈沖封鎖脈沖封鎖v二極管二極管 VD5陰極接零電陰極接零電位或負電位，使位或負電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。鎖。VD5用來防止接地用來防止接地端與負電源之間形成大端與負電源之間形成大電流通路。電流通路。 五、集成觸發(fā)電路五、集成觸發(fā)電路v目前國內生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有目前國內生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有KJ系

20、列和系列和KC系列，國外生產(chǎn)系列，國外生產(chǎn)的有的有TCA系列，下面簡要介紹由系列，下面簡要介紹由KC系列的系列的KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器和和KC4lC六路雙脈沖形成器所組成的三相全控橋集成觸發(fā)器六路雙脈沖形成器所組成的三相全控橋集成觸發(fā)器的工作原理。的工作原理。 1、KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器v（1）KC04移相觸發(fā)器的主要技術指標如下：移相觸發(fā)器的主要技術指標如下：v 電源電壓：電源電壓：DCl5V，允許波動，允許波動5%；v 電源電流：正電流電源電流：正電流l5mA，負電流，負電流8mA；v 移相范圍：移相范圍： ( =30V， =l5K)；v 脈沖寬度：脈沖寬度：400 s2ms；

21、v 脈沖幅值：脈沖幅值：13V；v 最大輸出能力：最大輸出能力：100mA；v 正負半周脈沖不均衡：正負半周脈沖不均衡：土土 ；v 環(huán)境溫度：環(huán)境溫度：- 。C100C700030170su4R（2）內部結構）內部結構（3）KC04移相觸發(fā)器的內部線路組成移相觸發(fā)器的內部線路組成 vKC04移相觸發(fā)器的內部線路是由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成、移相觸發(fā)器的內部線路是由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及整形放大、脈沖輸出等環(huán)節(jié)組成移相控制、脈沖形成及整形放大、脈沖輸出等環(huán)節(jié)組成 。 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)vV1V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓us經(jīng)限流電阻經(jīng)限流電阻R20加到加到V

22、1、V2的基極。在同步電壓正半波的基極。在同步電壓正半波us0.7V時，時，V1導通，導通，V4截截止；在同步電壓負半波止；在同步電壓負半波us-0.7V時，時，V2、V3導通，導通，V4截止；截止；只有在只有在us0.7V時，時，V4導通。導通。v 鋸齒波形成鋸齒波形成 vV4截止時，截止時，C1充電，形成鋸齒波的上升段，充電，形成鋸齒波的上升段，V4導通時，導通時，C1放電，形成鋸齒波的下降段，每周期形成兩個鋸齒波。鋸放電，形成鋸齒波的下降段，每周期形成兩個鋸齒波。鋸齒波寬度小于齒波寬度小于180。 移相環(huán)節(jié)移相環(huán)節(jié) V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)，基極信號是鋸齒波電壓、偏移及外接元件組成移相

23、環(huán)節(jié)，基極信號是鋸齒波電壓、偏移電壓和控制電壓的綜合。改變電壓和控制電壓的綜合。改變V6基極電位，基極電位，V6導通時刻隨之導通時刻隨之改變，實現(xiàn)脈沖移相。改變，實現(xiàn)脈沖移相。 脈沖形成脈沖形成 V7等組成脈沖形成環(huán)節(jié)，平時等組成脈沖形成環(huán)節(jié)，平時V7導通，電容導通，電容C2充電為左正右充電為左正右負。負。V6導通時，其集電極電位突然下降，同時引起導通時，其集電極電位突然下降，同時引起V7截止。截止。電容電容C2放電并反充電為左負右正。當放電并反充電為左負右正。當V7基極電位基極電位Ube70.7V時，時，V7導通，導通，V7集電極有脈沖輸出。集電極有脈沖輸出。V7集電極每周期輸出間隔集電極每

24、周期輸出間隔180的兩個脈沖。的兩個脈沖。 脈沖分選脈沖分選 V8、V12組成脈沖分選環(huán)節(jié)，脈沖分選保證同步電壓正半周組成脈沖分選環(huán)節(jié)，脈沖分選保證同步電壓正半周V8截止，同步電壓負半周截止，同步電壓負半周V12截止，使得觸發(fā)電路在一周內有兩截止，使得觸發(fā)電路在一周內有兩個相位上相差個相位上相差180的脈沖輸出。的脈沖輸出。 KC04移相觸發(fā)器的管腳分布移相觸發(fā)器的管腳分布 KC04移相觸發(fā)器各腳的波形移相觸發(fā)器各腳的波形 vKC04移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置。置。KC系列中還有系列中還有KC0l，KC09等。等。KJ00l主要主要用于單相、

25、三相半控橋等整流電路中的移相觸發(fā)，用于單相、三相半控橋等整流電路中的移相觸發(fā)，可獲得寬脈沖?？色@得寬脈沖。KC09是是KC04的改進型，兩者可的改進型，兩者可互換，適用于單相、三相全控式整流電路中的移互換，適用于單相、三相全控式整流電路中的移相觸發(fā)，可輸出兩路相位差相觸發(fā)，可輸出兩路相位差180度的脈沖。它們都度的脈沖。它們都具有輸出負載能力大、移相性能好以及抗干擾能具有輸出負載能力大、移相性能好以及抗干擾能力強的特點。力強的特點。2、KC04的一個典型應用電路的一個典型應用電路 3、KC4lC六路雙窄脈沖形成器六路雙窄脈沖形成器vKC4lC是六路雙脈沖形成集成電路是六路雙脈沖形成集成電路vK

26、C4lC的輸入信號通常是的輸入信號通常是KC04的輸出，把三塊的輸出，把三塊KC04移相移相觸發(fā)器的觸發(fā)器的l腳與腳與15腳產(chǎn)生的腳產(chǎn)生的6個主脈沖分別接到個主脈沖分別接到KC4lC集成集成塊的塊的16腳，經(jīng)內部集成二極管完成腳，經(jīng)內部集成二極管完成“或或”功能，形成雙功能，形成雙窄脈沖，再由內部窄脈沖，再由內部6個集成三極管放大，從個集成三極管放大，從1015腳輸出，腳輸出，還可以在外部設置還可以在外部設置VlV6晶體管作功率放大，可得到晶體管作功率放大，可得到800mA的觸發(fā)脈沖電流，供觸發(fā)大電流的晶閘管用。的觸發(fā)脈沖電流，供觸發(fā)大電流的晶閘管用。KC4lC不僅具有雙窄脈沖形成功能，而且還

27、具有電子開關不僅具有雙窄脈沖形成功能，而且還具有電子開關控制封鎖功能，當控制封鎖功能，當7腳接地或處于低電位時，內部集成開腳接地或處于低電位時，內部集成開關管截止，各路正常輸出脈沖；當關管截止，各路正常輸出脈沖；當7腳接高電位或懸空時，腳接高電位或懸空時，飽和導通，各路無脈沖輸出。飽和導通，各路無脈沖輸出。4、KC4lC與與KC04組成的雙窄脈沖觸發(fā)電路組成的雙窄脈沖觸發(fā)電路 七、 觸發(fā)脈沖與主電路的同步觸發(fā)脈沖與主電路的同步 脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施一、同步的概念一、同步的概念v晶閘管電路的同步（或定相）：是指正確選擇同步晶閘管電路的同步（或定相）：是指正確選擇同步信

28、號電壓相位以及得到不同相位同步電壓的方法信號電壓相位以及得到不同相位同步電壓的方法。二、實現(xiàn)同步的方法具體步驟如下：具體步驟如下：v1.根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步電壓與對應晶閘管陽極電壓的相位確定同步電壓與對應晶閘管陽極電壓的相位關系。關系。v2.畫出對應同步相電壓與線電壓矢量。畫出對應同步相電壓與線電壓矢量。v3.根據(jù)同步變壓器一次、二次線電壓位置，根據(jù)同步變壓器一次、二次線電壓位置，定出同步變壓器定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)與接法。的鐘點數(shù)與接法。三、脈沖變壓器1.脈沖變壓器的作用v1）阻抗匹配，降低脈沖電壓增大輸出電流，更好觸發(fā)晶閘

29、管；v2）可改變脈沖正負極性或同時送出兩組獨立脈沖；v3）將觸發(fā)電路與主電路在電氣上隔離，有利于防干擾更安全。四、防止誤觸發(fā)的措施具體措施如下：v1.門極電路采用金屬屏蔽線并將屏蔽層可靠接地。v2.控制線與大電流線分開走線，觸發(fā)控制部分用金屬外殼單獨屏蔽，脈沖變壓器靠近晶閘管門極，裝置的接零與接殼分開。v3.在晶閘管門陰極間并聯(lián)0.01-0.1uF的小電容可有效吸收高頻干擾，要求高的場合可在門陰極設置反偏壓。v4.采用觸發(fā)電流大即不靈敏的晶閘管，而觸發(fā)信號為大信號強觸發(fā)。第二節(jié) 電力電子器件的驅動v1、對、對GTO門極驅動信號的要求門極驅動信號的要求vGTO門極電流電壓控制波形分為開通和關斷兩

30、部分，推薦門極電流電壓控制波形分為開通和關斷兩部分，推薦波形如下圖所示。圖中實線為波形如下圖所示。圖中實線為 波形，虛線為波形，虛線為 波形。波形。GFiGFuv開通時，門極電流脈沖前沿陡度大，一般為開通時，門極電流脈沖前沿陡度大，一般為510A/S，門極正脈沖電流的幅度比規(guī)定的額定直流觸發(fā)電流應大門極正脈沖電流的幅度比規(guī)定的額定直流觸發(fā)電流應大310倍，正脈沖寬度一般為倍，正脈沖寬度一般為1060S，而后沿應盡量平，而后沿應盡量平緩些。緩些。v關斷時，關斷脈沖電流上升率一般為關斷時，關斷脈沖電流上升率一般為1050A/S。脈沖。脈沖應具有一定的寬度，關斷脈沖電流的幅度一般為應具有一定的寬度，

31、關斷脈沖電流的幅度一般為(1/81/3) ，其后沿也應盡量平緩些。，其后沿也應盡量平緩些。ATOI(2)GTO的門控驅動電路實例的門控驅動電路實例二、二、 GTR的驅動信號和驅動電路的驅動信號和驅動電路v1、GTR的驅動信號的驅動信號vGTR理想的基極電流波形如下圖所示理想的基極電流波形如下圖所示。v 2、GTR的驅動電路的驅動電路v固定反偏互補驅動電路如圖示。當固定反偏互補驅動電路如圖示。當ui為高電平時，晶體管為高電平時，晶體管V1及及V2導通，正電源導通，正電源+VCC經(jīng)過電阻經(jīng)過電阻R3及及V2 向向GTR提供正向基提供正向基極電流，使極電流，使GTR導通。當導通。當ui 為低電平時，

32、為低電平時， V1 及及V2 截止而截止而V3導通，負電源導通，負電源- VCC 加于加于GTR的發(fā)射結上，的發(fā)射結上，GTR迅速關斷。迅速關斷。三、三、 P-MOSFET的柵極驅動電路的柵極驅動電路1 P-MOSFET的柵極驅動電路的主要要求的柵極驅動電路的主要要求v1）脈沖前后沿要求陡峭；）脈沖前后沿要求陡峭；v2）開關速度要快；）開關速度要快；v3）觸發(fā)脈沖電壓高壓開啟電壓，提高觸發(fā)可靠性；）觸發(fā)脈沖電壓高壓開啟電壓，提高觸發(fā)可靠性；截止時提供負的柵極電壓，防止誤觸發(fā)；截止時提供負的柵極電壓，防止誤觸發(fā)； v4）極間電容越大，在開關驅動中所需的驅動電流）極間電容越大，在開關驅動中所需的驅

33、動電流也越大。也越大。v2.驅動電路實例驅動電路實例v（1）柵極直接驅動電路）柵極直接驅動電路柵極直接驅動的電路原理圖柵極直接驅動的電路原理圖（a）用一個晶體管直接驅動）用一個晶體管直接驅動 （b）用推挽電路驅動）用推挽電路驅動 (2(2）隔離式柵極驅動電路）隔離式柵極驅動電路v根據(jù)隔離元件的不同可分為電磁隔離和光電隔離兩種。根據(jù)隔離元件的不同可分為電磁隔離和光電隔離兩種。 隔離隔離v光電耦合隔離驅動電路光電耦合隔離驅動電路 四、四、 IGBT的驅動電路的驅動電路 v1、IGBT對驅動信號的要求對驅動信號的要求v（1）充分陡的脈沖上升沿和下降沿：前沿很陡的柵極電壓）充分陡的脈沖上升沿和下降沿：

34、前沿很陡的柵極電壓加到加到G-E極間，可使極間，可使IGBT快速開通，減小開通損耗；后沿快速開通，減小開通損耗；后沿足夠陡的關斷電壓，并在足夠陡的關斷電壓，并在G-E極間加一適當?shù)姆雌珘?，有助極間加一適當?shù)姆雌珘?，有助于于IGBT快速關斷，減少關斷損耗。用內阻小的驅動源對快速關斷，減少關斷損耗。用內阻小的驅動源對G極電容充放電，可以保證極電容充放電，可以保證UGE有足夠陡的前后沿。有足夠陡的前后沿。 （2）足夠大的驅動功率：）足夠大的驅動功率：IGBT開通后，柵極驅動源應能提開通后，柵極驅動源應能提供足夠的功率及電壓、電流幅值，使供足夠的功率及電壓、電流幅值，使IGBT總處于飽和狀態(tài)，總處于飽

35、和狀態(tài)，不因退出飽和而損壞。不因退出飽和而損壞。 （3）合適的正向驅動電壓）合適的正向驅動電壓UGE ：在有短路過程的設備中，：在有短路過程的設備中，建議選用建議選用UGE =15Vl0%。v （4）合適的負偏壓）合適的負偏壓-UGE：在關斷過程中，為盡快抽取：在關斷過程中，為盡快抽取PNP管的存儲電荷，縮短關斷時間，需施加負偏壓管的存儲電荷，縮短關斷時間，需施加負偏壓-UGE ，同，同時還可防止關斷瞬間因時還可防止關斷瞬間因du/dt過高造成誤導通，并提高抗過高造成誤導通，并提高抗干擾能力。反偏壓干擾能力。反偏壓 -UGE一般取一般取-2-10V。 （5）合理的柵極電阻）合理的柵極電阻RG：

36、在開關損耗不太大的情況下，應：在開關損耗不太大的情況下，應選用較大的選用較大的RG 。 RG的范圍為的范圍為1400。 （6）IGBT多用于高壓場合，故驅動電路與整個控制電路多用于高壓場合，故驅動電路與整個控制電路應嚴格隔離。應嚴格隔離。 （7）利用門極控制特性，實現(xiàn)對）利用門極控制特性，實現(xiàn)對IGBT的過電流、短路、的過電流、短路、管芯過熱等保護。管芯過熱等保護。 符合上述要求的符合上述要求的IGBT典型驅動電壓波形如下圖所示。典型驅動電壓波形如下圖所示。 符合基本要求的符合基本要求的IGBT典型驅動電壓波形典型驅動電壓波形2、IGBT的驅動電路實例的驅動電路實例v（1）阻尼濾波門極驅動電路

37、）阻尼濾波門極驅動電路v阻尼濾波門極驅動電路如下圖阻尼濾波門極驅動電路如下圖a所示，為消除可能的振蕩，所示，為消除可能的振蕩，IGBT的柵射極間接上的柵射極間接上RC網(wǎng)絡組成的阻尼濾波器，且連線網(wǎng)絡組成的阻尼濾波器，且連線采用雙絞線。采用雙絞線。 （2）光耦合器門極驅動電路）光耦合器門極驅動電路 如圖如圖b所示，它使信號電路與門極驅動電路隔離。驅動電所示，它使信號電路與門極驅動電路隔離。驅動電路的輸出級采用互補電路以降低驅動源的內阻，同時加速路的輸出級采用互補電路以降低驅動源的內阻，同時加速IGBT的關斷過程。的關斷過程。 （3）脈沖變壓器直接驅動）脈沖變壓器直接驅動IGBT的電路的電路 該電

38、路由控制脈沖形成單元產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)晶體管該電路由控制脈沖形成單元產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)晶體管V進行進行功率放大后，加到脈沖變壓器功率放大后，加到脈沖變壓器Tr，并由，并由Tr隔離耦合經(jīng)穩(wěn)壓隔離耦合經(jīng)穩(wěn)壓管管VDZ1、VDZ2限幅后驅動限幅后驅動IGBT，由于是電磁隔離方式，驅，由于是電磁隔離方式，驅動級不需要專門直流電源，簡化了電源結構，且工作頻率動級不需要專門直流電源，簡化了電源結構，且工作頻率較高。較高。v(4)定時器定時器555組成的組成的IGBT驅動電路驅動電路v555外接適當?shù)碾娮韬碗娙菥湍軜嫵啥嘀C振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)外接適當?shù)碾娮韬碗娙菥湍軜嫵啥嘀C振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路。在

39、態(tài)電路。在IGBT的驅動電路中，的驅動電路中，555的的2、6端子接在一起，組成了雙端子接在一起，組成了雙穩(wěn)態(tài)電路結構?？刂泼}沖信號經(jīng)光耦穩(wěn)態(tài)電路結構。控制脈沖信號經(jīng)光耦VL隔離后將信號經(jīng)由、傳送至隔離后將信號經(jīng)由、傳送至555的的2、6端。當控制信號為高電平時，端。當控制信號為高電平時，2端有效，使端有效，使555輸出端輸出端3為為低電平；當控制信號為低電平時，低電平；當控制信號為低電平時，6端有效，使端有效，使555輸出端輸出端3為高電平。為高電平。額定輸出電流為額定輸出電流為200mA。v(5)IGBT專用驅動模塊的應用專用驅動模塊的應用v大多數(shù)大多數(shù)IGBT生產(chǎn)廠都生產(chǎn)與其相配套的混合

40、集成驅動電路，如日本富生產(chǎn)廠都生產(chǎn)與其相配套的混合集成驅動電路，如日本富士的士的EXB系列、東芝的系列、東芝的TK系列、三菱的系列、三菱的M579XX系列，美國摩托羅拉系列，美國摩托羅拉的的MPD系列等。東芝的系列等。東芝的M57962L型型IGBT專用驅動模塊是專用驅動模塊是N溝道大功率溝道大功率IGBT模塊的驅動電路，能驅動模塊的驅動電路，能驅動600V/400A和和l200V/400A的的IGBT，其原，其原理方框圖如下左圖，應用電路如下右圖。理方框圖如下左圖，應用電路如下右圖。第三節(jié)第三節(jié) 電力電子器件的保護電力電子器件的保護一. 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

41、電壓和內因過電壓v外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程件的開關過程換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)：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，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過電壓。會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電

42、流：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迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。過電壓。一一. 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保護措施過電壓保護措施圖1-34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v 電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。v 其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。

43、二. 過電流保護過電流過載過載和短路短路兩種情況保護措施負載觸發(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v 同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。v 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。圖1-37過電流保護措施及配置位置二二. . 過電流保護過電流保護v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。v短路保護：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，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快 。 快熔對器件的保護方式：全保護全保護和短路保護短路保護兩種三、三、 晶閘管的容量擴展晶閘管的容量擴展（一）（一）. 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(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。v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