第8章電力電子學(xué)基礎(chǔ)

第8章電力電子學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要求:

掌握電力半導(dǎo)體器件的基本工作原理、特性和主要參數(shù)的含義；掌握幾種單相和三相基本可控整流電路的工作原理及特點(diǎn)；熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制；了解晶閘管工作時(shí)對觸發(fā)電路的要求和觸發(fā)電路的基本工作原理。前言

電力電子學(xué)的任務(wù)：利用電力半導(dǎo)體器件和線路來實(shí)現(xiàn)電功率的變換和控制。電力半導(dǎo)體器件弱電強(qiáng)電

電力半導(dǎo)體器件根據(jù)其導(dǎo)通和管斷的可控性可分為

由電力半導(dǎo)體器件和相應(yīng)電路所組成的電力變換電路按功能可以分為：可控整流電路—將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)楣潭ɑ蚩烧{(diào)的直流電；交流調(diào)壓電路—將固定頻率、電壓的交流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的交流電；逆變電路—把直流電變?yōu)轭l率固定或可調(diào)的交流電；變頻電路—把固定頻率的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電；斬波電路—把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓；電子開關(guān)—功率半導(dǎo)體工作在開關(guān)狀態(tài)，可以代替繼電器、接觸器用于頻繁開合操作的場合。

8.1半導(dǎo)體器件

一、不可控型開關(guān)器件

大功率二極管屬于不可控開關(guān)器件二、半控型開關(guān)器件

晶閘管（SiliconControlledRectifier簡稱SCR）是在60年代發(fā)展起來的一種新型電力半導(dǎo)體器件，晶閘管的出現(xiàn)起到了弱電控制與強(qiáng)電輸出之間的橋梁作用。

優(yōu)點(diǎn)：(1)功率放大倍數(shù)可以達(dá)到幾十萬倍，即用很小的功率(電流約幾十毫安～一百多毫安，電壓約2～4V)可以控制較大的功率(電流自幾十安～幾千安，電壓自幾百伏～幾千伏)，(2)控制靈敏、反應(yīng)快，晶閘管的導(dǎo)通和截止時(shí)間都在微秒級；(3)損耗小、效率高，晶閘管本身的壓降很小(僅1V左右)，總效率可達(dá)97.5%，而一般機(jī)組效率僅為85%左右；(4)體積小、重量輕。缺點(diǎn)：

(1)過載能力弱，在過電流、過電壓情況下很容易損杯，要保證其可靠工作，在控制電路中要采取保護(hù)措施，在選用時(shí)，其電壓、電流應(yīng)適當(dāng)留有余量；(2)抗干擾能力差，易受沖擊電壓的影響，當(dāng)外界干擾較強(qiáng)時(shí)，容易產(chǎn)生誤動作；(3)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，高次諧波分量增加，干擾周圍的電氣設(shè)備；(4)控制電路比較復(fù)雜，對維修人員的技術(shù)水平要求高。

在實(shí)踐中，應(yīng)該充分發(fā)揮晶閘管有利的一面，同時(shí)采取必要措施消除其不利的一面。目前，采用晶閘管作為整流放大元件組成的晶閘管控制系統(tǒng)，獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

晶閘管是在半導(dǎo)體二極管、三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件，它是一種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。其中：A—陽極，K—陰極，G—控制極。結(jié)構(gòu)示意圖表示符號4層半導(dǎo)體(P1、N1、P2、N2)，3個(gè)PN結(jié)1.晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號

2.晶閘管的工作原理結(jié)論：1晶閘管具有雙向阻斷能力2晶閘管A、G兩極加電壓才導(dǎo)通：

3晶閘管導(dǎo)通后，G極失去作用，使晶閘管再次阻斷，必須將A極斷電或反向.圖8.42.晶閘管的工作原理

主電路加上交流電壓~u2，控制極電路接入Eg，在t1瞬間合上開關(guān)S，在t4瞬間拉開開關(guān)S。

（1）在0~t1之間:開關(guān)S未合上，ug=0，盡管uAK>0，但ud=0，即晶閘管未導(dǎo)通；

（2）在t1~t2之間:uAK>0，由于開關(guān)S合上，使ug>0，而，即晶閘管導(dǎo)通；

（3）在t2~t3之間，uAK<0，盡管ug>0，但ud=0，即晶閘管關(guān)斷；

（4）在t3~t4之間，uAK>0，這時(shí)ug>0,而，所以，晶閘管又導(dǎo)通；

（5）當(dāng)t=t4時(shí)，ug=0，但uAK>0，，即晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)；

（6）當(dāng)t=t5時(shí)，uAK=0，ug=0，而ud=0，即晶閘管關(guān)斷，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。

綜上所述可得出以下結(jié)論：

（1）起始時(shí)若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力；

（2）晶閘管的陽極和控制極同時(shí)正向電壓時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，這是晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件；

（3）在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用，欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓降低到一定值（或斷開，或反向）。3.晶閘管的伏安特性

晶閘管陽極對陰極的電壓和流過晶閘管的電流之間的關(guān)系稱為晶閘管的伏安特性。

正向(uAK

>0)

正向阻斷狀態(tài):當(dāng)ug=0，uAK

<UDSM，元件中有很小的電流（正向漏電流）流過，處于截止?fàn)顟B(tài)（稱為正向阻斷狀態(tài)），簡稱斷態(tài)。

正向擊穿：當(dāng)ug=0，uAK

=UDSM，晶閘管突然由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀態(tài)。UDSM稱為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，或用UBO表示稱正向轉(zhuǎn)折電壓。

正向?qū)顟B(tài)：ug>0，uAK

>0，晶閘管導(dǎo)通，其電流的大小由負(fù)載決定，陽極和陰極間的管壓降很小。反向(uAK

<0)

反向截止?fàn)顟B(tài):當(dāng)uAK

<URSM，元件中有很小的反向電流（反向漏電流）流過，處于截止?fàn)顟B(tài)。

反向擊穿：當(dāng)uAK

=URSM，晶閘管突然由反向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通狀態(tài)。URSM稱為反向不重復(fù)峰值電壓，或用UBR表示稱反向擊穿電壓。4.晶閘管的主要參數(shù)

1）

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM

晶閘管正向阻斷狀態(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的正向峰值電壓。UDRM=UDSM

-100

在選擇晶閘管時(shí)還要考慮留有足夠的余量，一般：晶閘管的UDRM

、UDRM應(yīng)等于所承受的正、反向電壓的（2~3）倍。

2）反向重復(fù)峰值電壓URRM

晶閘管反向截止?fàn)顟B(tài)下，可以重復(fù)加在晶閘管陽極和陰極兩端的反向峰值電壓。URRM=URSM

-1003）額定通態(tài)平均電流（額定電流）IT

在環(huán)境溫度不大于40度的標(biāo)準(zhǔn)散熱及全導(dǎo)通的條件下，晶閘管元件可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流（在一個(gè)周期內(nèi)）平均值，稱為額定通態(tài)平均電流，簡稱為額定電流。4）維持電流

IH

在規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路時(shí)，維持元件繼續(xù)導(dǎo)通的最小電流稱維持電流。一般為幾mA～一百多mA

其他電力半導(dǎo)體器件1.雙向晶閘管8.8.68.7逆導(dǎo)晶閘管圖10.9逆導(dǎo)晶閘管a)電氣圖形符號b)伏安特性將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。逆導(dǎo)晶閘管的額定電流有兩個(gè)，一個(gè)是晶閘管電流，一個(gè)是反并聯(lián)二極管的電流。8.8光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個(gè)端子。大功率光控晶閘管則還帶有光纜，光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位。8.9三、全控型開關(guān)器件1.門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）工作特點(diǎn)：當(dāng)門極G上加正電壓或正脈沖信號時(shí)，GTO導(dǎo)通并保持；當(dāng)門極上加上反向電壓或反向脈沖時(shí)，GTO關(guān)斷并保持。2.電力晶體管（GTR）內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本電路開關(guān)時(shí)間主要特性1）

開路關(guān)斷電壓—基極開路時(shí)另兩個(gè)極之間能承受的最高電壓；2）集電極最大持續(xù)電流—基極偏置時(shí)，集電極能流過的最大電流。3.電力場效應(yīng)晶體管主要參數(shù)：1）開啟電壓UT—當(dāng)uGS上升到開啟電壓UT時(shí)，開始出現(xiàn)漏極電流;漏極電壓漏極直流電流和脈沖直流峰值刪源電壓極間電容4.絕緣柵雙極晶體管(IGBT)簡化等效電路圖形符號基本電路8.2單相可控整流電路整流——將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程；整流電路——將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚徽鲉蜗嗳?.2.1單相半波可控整流電路

u2－輸入電壓；ud－輸出電壓；α－控制角；晶閘管元件承受正向電壓起始點(diǎn)到觸發(fā)脈沖的作用點(diǎn)之間的電角度。θ－導(dǎo)通角；是晶閘管在一周期時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的電角度。一、帶電阻性負(fù)載的可控整流電路輸入電壓：負(fù)載電壓：負(fù)載電流：晶閘管承受的最大正反向電壓：二、帶電感性負(fù)載的可控整流電路

單相半波可控整流電路用于大電感性負(fù)載時(shí)，如果不采取措施，負(fù)載上就得不到所需要的電壓和電流。三、加續(xù)流二極管的電路

為了提高大電感負(fù)載時(shí)的單相半波可控整流電路整流輸出平均電壓，可采取負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管的措施。晶閘管電流平均值：

續(xù)流二極管的電流平均值：輸入電壓：負(fù)載電壓：晶閘管承受的最大正反向電壓：8.2.2單相橋式整流電路

一、晶閘管組成的半控橋式整流電路。1.電阻性負(fù)載

負(fù)載電壓：負(fù)載電流：晶閘管承受的最大正反向電壓：2.電感性負(fù)載

有了續(xù)流二極管，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，負(fù)載電流流經(jīng)續(xù)流二極管，晶閘管因電流為零而關(guān)斷，不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

流過每只晶閘管平均電流：流過續(xù)流二極管的平均電流：

負(fù)載電壓：晶閘管承受的最大正反向電壓：

半控橋式整流電路在電感性負(fù)載時(shí)，可以不加續(xù)流二極管。

這是因?yàn)樵陔娫措妷哼^零時(shí)，電感中的電流通過V1和V2形成續(xù)流，確保VS1或VS2可靠關(guān)斷，這樣也就不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。流過每只晶閘管平均電流：流過續(xù)流二極管的平均電流：負(fù)載電壓：晶閘管承受的最大正反向電壓：

為了節(jié)省晶閘管元件，還可采用如圖所示的接線，它由四只整流二極管組成單相橋式電路，將交流電整流成脈動的直流電，然后用一只晶閘管進(jìn)行控制，改變晶閘管的控制角，即可改變其輸出電壓。3.反電勢負(fù)載

當(dāng)整流電路輸出接有電勢負(fù)載時(shí),只有當(dāng)電源電源的瞬時(shí)值大于反電勢，同時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有電流輸出，在晶閘管關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載上保留原有的反電勢。a.負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高

b.負(fù)載電流平均值比電阻性負(fù)載時(shí)低

因?yàn)閷?dǎo)通角小，導(dǎo)電時(shí)間短，回路電阻小，所以，電流的幅值與平均值之比值相當(dāng)大，晶閘管元件工作條件差，晶閘管必須降低電流定額使用。另外，對于直流電動機(jī)來說整流子換向電流大，易產(chǎn)生火花，對于電源則因電流有效值大，要求的容量也大，因此，對于大容量電動機(jī)或蓄電池負(fù)載，常常串聯(lián)電抗器，用以平滑電流的脈動。

二、單相全控橋式整流電路

單相全控橋式整流電路如圖所示。把半控橋中的兩只二極管用兩只晶閘管代替即構(gòu)成全控橋。

例10.1欲裝一臺白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，調(diào)節(jié)范圍：電壓U0=0V~180V,電流I0=0~10A?，F(xiàn)采用單相半控橋式整流電路，試求最大輸入交流電壓和電流有效值，并選擇整流元件。

解:設(shè)在晶閘管導(dǎo)通角θ為π(控制角為0)時(shí)輸出電壓值為最大（180V），則對應(yīng)的輸入交流電壓有效值為最大。

實(shí)際上還要考慮電網(wǎng)電壓波動、管壓降以及導(dǎo)通角常常到不了1800

，交流電壓要比上述計(jì)算而得到的值適當(dāng)加大10%左右，即大約為220V。因此，在本例中可以不用整流變壓器，直接接到220V的交流電源上。

交流電流有效值：

晶閘管所承受的最大正向電壓、最大反向電壓和二極管所承受的最大反向電壓相等，即：流過晶閘管和二極管的平均電流：8.2.3三相半波可控整流電路一、三相半波可控整流電路（電阻負(fù)載）

三相半波可控整流電路圖如圖所示。自然換相點(diǎn)：觸發(fā)相序：ABC觸發(fā)脈沖的相位：1200設(shè)輸入電壓為：

可能承受的最大反向電壓為：

當(dāng)晶閘管沒有觸發(fā)信號時(shí)，晶閘管承受的最大正向電壓為:二、

三相半波可控整流電路（電感負(fù)載）8.308.13二、

三相半波可控整流電路（電感負(fù)載）

8.31變壓器利用率低，易產(chǎn)生變壓器鐵芯飽和二、

三相半波可控整流電路（電感負(fù)載）

8.32

8.2.4三相橋式全控整流電路三相橋式全控負(fù)載平均電壓Ud=Ud陰+Ud陽8.338.34

8.2.4三相橋式全控整流電路共陰Vs1,Vs3,Vs5,共陽Vs2,Vs4,Vs68.358.368.3逆變電路一有源逆變電路1.整流狀態(tài)(0<α<π/2)8.378.158.168.17一有源逆變電路2.逆變狀態(tài)(π/2<α<π)α=12008.378.18（P216有誤）1-2：電感吸能，電機(jī)電網(wǎng)放能2-3：電感吸能，電機(jī)放能電網(wǎng)吸能3-：電感放能，電機(jī)放能電網(wǎng)吸能

二

無源逆變電路1.逆變電路的基本工作原理8.388.38

換流方式P217

換流方式P2172.電壓型逆變電路8.39

（1）單相電壓型逆變電路：圖8.402）全橋逆變電路圖8.39圖8.39圖8.41輸出電壓定量分析

uo成傅里葉級數(shù)

基波幅值(8.20)基波有效值(8.21)

uo為正負(fù)各180°時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實(shí)現(xiàn)(8.19)單相電壓型逆變電路（2）三相電壓型逆變電路圖8.42圖8.43圖8.43（8.26）（8.27）圖8.43定量分析1.輸出線電壓輸出線電壓有效值基波幅值基波有效值(5-9)(5-10)(5-11)三相電壓型逆變電路uUV展開成傅里葉級數(shù)式中：3.電流型逆變電路圖8.44圖8.44電機(jī)見P100圖8.458.4斬波電路與PWM控制技術(shù)8.4.1斬波電路1.圖8.46P227-p2282.圖8.47（8.30）（8.31）（8.32）（8.33）（8.31）（8.34）（8.35）（8.36）8.4.2PWM控制技術(shù)PWM(PulseWidthModulation)脈寬調(diào)制技術(shù)：通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）8.4.2PWM控制技術(shù)PWM控制的思想源于通信技術(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn)PWM控制變得十分容易。PWM技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提高，因此它在電力電子技術(shù)的發(fā)展史上占有十分重要的地位。PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的成功應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。現(xiàn)在使用的各種逆變電路都采用了PWM技術(shù)。1.PWM控制的基本原理及方法i(t)e(t)

實(shí)例以上實(shí)例說明了“面積等效原理”電路輸入：e(t)電路輸出：i(t)沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同；沖量即窄脈沖的面積，所說的效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出波形基本相同。如果把各輸入波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻略有差異。面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波

1）.PWM控制的基本原理如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波SPWM波若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。1).PWM控制的基本原理

對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：1）.PWM控制的基本原理

根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。OwtUd-UdOwtUd-Ud1).PWM控制的基本原理等幅PWM波不等幅PWM波輸入電源是恒定直流輸入電源是交流或不是恒定的直流直流斬波電路PWM逆變電路PWM整流電路u0tE斬控式交流調(diào)壓電路矩陣式變頻電路基于面積等效原理進(jìn)行控制，本質(zhì)是相同的OwtUd-Ud

PWM電流波電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波1).PWM控制的基本原理PWM波形可等效的各種波形直流斬波電路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:

所需波形

等效的PWM波基于“面積等效原理”2）.PWM逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術(shù)逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路SPWM計(jì)算法和調(diào)制法調(diào)制法分為單極性和雙極性兩種調(diào)制方法把希望輸出的波形作調(diào)制信號，通過對此信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波采用等腰三角波或鋸齒波作為載波,等腰三角波應(yīng)用最多，因其任一點(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱載波與平緩變化的調(diào)制信號相交，在交點(diǎn)時(shí)刻控制器件通斷，就得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求調(diào)制信號波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形本法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化計(jì)算法把希望輸出的波形作調(diào)制信號，通過對此信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波采用等腰三角波或鋸齒波作為載波等腰三角波應(yīng)用最多，因其任一點(diǎn)的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱載波與平緩變化的調(diào)制信號相交，在交點(diǎn)時(shí)刻控制器件通斷，就得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求調(diào)制信號波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波8.498.498.50圖8.51雙極性PWM控制方式（三相橋逆變）

三相橋式PWM型逆變電路三相的PWM控制公用三角波載波uc

三相的調(diào)制信號urU、urV和urW依次相差120°SPWM計(jì)算法和調(diào)制法下面以U相為例進(jìn)行分析：

三相橋式PWM逆變電路波形圖8.51三相橋式PWM型逆變電路

當(dāng)urU>uc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號，給V4關(guān)斷信號，uUN’=Ud/2當(dāng)urU<uc時(shí)，給V4導(dǎo)通信號，給V1關(guān)斷信號，uUN’=-Ud/2當(dāng)給V1(V4)加導(dǎo)通信號時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2兩種電平uUV波形可由uUN’-uVN’得出，當(dāng)1和6通時(shí)，uUV=Ud，當(dāng)3和4通時(shí)，uUV=－Ud，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，uUV=0輸出線電壓PWM波由±Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5種電平組成SPWM計(jì)算法和調(diào)制法

控制規(guī)律：防直通的死區(qū)時(shí)間同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間的長短主要由開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定死區(qū)時(shí)間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波SPWM計(jì)算法和調(diào)制法8.5電力半導(dǎo)體器件驅(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(shí)間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。對器件或整個(gè)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(shí)現(xiàn)。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。

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。

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8.53光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型8.5電力半導(dǎo)體器件驅(qū)動電路按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)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(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。8.5電力半導(dǎo)體器件驅(qū)動電路2.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，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。廣義上講，還包括對其觸發(fā)時(shí)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：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）。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)域之內(nèi)。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。

1.晶閘管對觸發(fā)電路的要求

實(shí)質(zhì)：晶閘管的可靠觸發(fā)

（1）觸發(fā)電路應(yīng)能供給足夠大的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流，一般要求觸發(fā)電壓應(yīng)該在4V以上，10V以下；

（2）觸發(fā)脈沖的寬度必須在10微秒以上，如果負(fù)載是大電感，電流上升比較慢，那么，觸發(fā)脈沖的寬度還應(yīng)該增大。

（3）不觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)電路的輸出電壓應(yīng)該小于0.15V～0.20V，為了提高抗干擾能力，避免誤觸發(fā)，必要時(shí)可在控制極上加上一個(gè)1V～2V的負(fù)偏壓；（4）觸發(fā)脈沖的前沿要陡，保證晶閘管的觸發(fā)時(shí)間前后一致。（5）在晶閘管整流等移相控制的觸發(fā)電路中，觸發(fā)脈沖應(yīng)該和主電路同步，脈沖發(fā)出的時(shí)間應(yīng)該能夠平穩(wěn)地前后移動（移相），移相的范圍要足夠?qū)挕1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)

V1、V2導(dǎo)通時(shí)，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。VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設(shè)。圖8.57理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）圖例

常見的晶閘管觸發(fā)電路TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E2晶閘管的觸發(fā)電路2。

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、單結(jié)晶體管

單結(jié)晶體管是一種特殊的半導(dǎo)體器件，它有三個(gè)電極，一個(gè)發(fā)射極和兩個(gè)基極，故又叫雙基極二極管。

1.工作特性2.工作特點(diǎn)

發(fā)射極電壓大于UP時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通；

導(dǎo)通后，發(fā)射極電壓必須小于谷點(diǎn)電壓

UV時(shí)，單結(jié)晶體管才截止。UP—峰值電壓UV—谷點(diǎn)電壓負(fù)阻區(qū)

二、單結(jié)晶體管的自振蕩電路

利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性和RC充放電特性，可組成自振蕩電路。

為保證能導(dǎo)通，通過R流入單結(jié)晶體管電流：為保證能截止，通過R流入單結(jié)晶體管電流：綜合上面兩式：三、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路E的大小對觸發(fā)脈沖的影響：相位R、C的大小對觸發(fā)脈沖的影響：寬度3.典型全控型器件的驅(qū)動電路1)GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）GTO的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(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流。使GTO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。圖8.63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（GTO與GTR)GTO見P195施加約5V的負(fù)偏壓，以提高抗干擾能力。幅值需達(dá)陽極電流的1/3左右，陡度需達(dá)50A/μs，強(qiáng)負(fù)脈沖寬度約30μs，負(fù)脈沖總寬約100μs。GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和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。3.典型全控型器件的驅(qū)動電路典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路：圖8.64典型的直接耦合式GTO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(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖

V2開通時(shí)輸出正脈沖平頂部分

V2關(guān)斷而V3開通時(shí)輸出負(fù)脈沖

V3關(guān)斷后R3和R4提供門極負(fù)偏壓2)GTR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(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)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8.65理想的GTR基極驅(qū)動電流波形3.典型全控型器件的驅(qū)動電路1.6.3GTR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

二極管VD2和電位補(bǔ)償二極管VD3構(gòu)成貝克箝位電路，也即一種抗飽和電路，負(fù)載較輕時(shí)，如V5發(fā)射極電流全注入V，會使V過飽和。有了貝克箝位電路，當(dāng)V過飽和使得集電極電位低于基極電位時(shí)，VD2會自動導(dǎo)通，使多余的驅(qū)動電流流入集電極，維持Ubc≈0。

C2為加速開通過程的電容。開通時(shí)，R5被C2短路。可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，并增加前沿的陡度，加快開通。圖8.

GTR