電力電子技術(shù)8課件

§7.6電力電子器件的驅(qū)動(dòng)7.6.1驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路的作用：將控制信號(hào)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(kāi)通和關(guān)斷的信號(hào)。是電力電子主電路與控制電路之間的接口。驅(qū)動(dòng)電路需要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離。一般采用光隔離或磁隔離。磁隔離一般采用脈沖變壓器。當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。光隔離一般采用光電耦合器。光耦的三種類(lèi)型：普通型、高速型和高傳輸比型。普通型光耦的輸出特性和晶體管相似，只是其電流傳輸比IC/ID比晶體管的電流放大倍數(shù)小得多，一般只有0.1~0.3。高傳輸比光耦的IC/ID要大得多。普通型的響應(yīng)時(shí)間約為10s左右。高速光耦的光敏二極管流過(guò)的是反向電流，其響應(yīng)時(shí)間小于1.5s。圖7-15光耦合器的類(lèi)型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型7.6.2晶閘管的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路

當(dāng)開(kāi)關(guān)管V1、V2導(dǎo)通時(shí)，電源電壓E2幾乎全部施加在脈沖變壓器的原邊繞組上（R2為限流電阻，一般取值很?。?，通過(guò)脈沖變壓器磁耦合作用，在副邊產(chǎn)生電壓上正下負(fù)，經(jīng)VD2和R4（限流）作用于晶閘管的門(mén)極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。當(dāng)V2關(guān)斷時(shí)，原邊電流急劇減小，其di/dt<0，由楞次定律決定其原邊產(chǎn)生下正上負(fù)的自感反電勢(shì)，致使VD1導(dǎo)通，對(duì)原邊電流形成續(xù)流通路。同時(shí)在副邊也產(chǎn)生下負(fù)上正的電壓，由于VD2反偏，副邊形不成電流通路。VD3的存在使此時(shí)輸出給門(mén)極G與陰極K之間的電壓近似為零。VD3還具有防止負(fù)脈沖和其它干擾信號(hào)影響SCR工作的效果。若VD1和R3支路斷開(kāi)，在V2關(guān)斷時(shí)會(huì)在原邊形成很高的自感反電勢(shì)，導(dǎo)致V2過(guò)壓擊穿。VD1和R3續(xù)流支路可以使V2在關(guān)斷瞬間的集電極電位大為降低，并且R3越小，則此電壓越低。脈沖變壓器難以傳遞寬脈沖。在V2管導(dǎo)通期間，原邊電壓u1≈E2，勵(lì)磁電流i0將按照Ldi0/dt=u1所決定的電流變化率增加（L為變壓器勵(lì)磁電感）。由于V2管持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，i0會(huì)變得很大，從而將導(dǎo)致鐵芯磁通飽和，副邊的感應(yīng)電壓u2，根據(jù)u2=N2d/dt，將難以達(dá)到寬脈沖傳輸?shù)囊蟆４判镜慕孛娣e越小，越容易形成磁通飽和，則副邊所得到的u2電壓脈沖越窄。通常采用對(duì)輸入寬脈沖信號(hào)進(jìn)行高頻調(diào)制的脈沖列觸發(fā)方式。按一定占空比進(jìn)行高頻調(diào)制。在每一個(gè)窄脈沖高電平期間，V2管導(dǎo)通，勵(lì)磁電流的上升率為正，i0近直線上升。在V2管關(guān)斷時(shí)，原邊反電勢(shì)作用使u1為負(fù)壓，由VD1和R3支路為i0提供續(xù)流通路，其變化率為負(fù)值，i0開(kāi)始下降，其下降速度決定于負(fù)壓的大小。該負(fù)壓由i0在R3上的壓降提供（也可以用穩(wěn)壓管來(lái)代替R3）。i0的下降速度應(yīng)保證在下一個(gè)窄脈沖到來(lái)之前，i0下降到零，從而使鐵芯磁通減小到零，稱(chēng)作磁通復(fù)位。

圖7-17常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路V1V2..GK若R3較小，u1值較小，對(duì)降低V2管所承受的電壓有利，但會(huì)使i0的下降速度變慢。若占空比較大，會(huì)導(dǎo)致磁通不能復(fù)位到零，經(jīng)過(guò)若干個(gè)窄脈沖作用之后，就會(huì)越積累越大，逐漸飽和，副邊電壓u1及SCR觸發(fā)脈沖列的幅度會(huì)逐漸變小。R3的取值應(yīng)該合理地選擇，取值過(guò)大對(duì)磁通加快復(fù)位有利，但對(duì)V2管的耐壓要求提高。實(shí)際上VD1和R3就是為了V1、V2管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器釋放儲(chǔ)能而設(shè)置的。7.6.3全控型器件的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路GTO的驅(qū)動(dòng)：通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)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(lèi)型。典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路：高頻變壓器原邊接50kHz方波，副邊采用快恢復(fù)二極管整流提供三組直流電源：+5V；+15V；-15V。VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路提供+15V電源。場(chǎng)效應(yīng)管V1開(kāi)通時(shí)，輸出+15V強(qiáng)脈沖；V2開(kāi)通時(shí)輸出正脈沖平頂部分；V2關(guān)斷而V3開(kāi)通時(shí)輸出負(fù)脈沖；V3關(guān)斷后通過(guò)電阻R3和R4分壓提供門(mén)極負(fù)偏壓。圖7-20典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路+15V+5V-15V恒流驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)態(tài)值由電源電壓E、R4和R5決定，保證提供足夠大的基極電流，在負(fù)載電流最大時(shí)V仍能飽和導(dǎo)通。該電路所能提供的最大驅(qū)動(dòng)電流是恒定的，不隨集電極電流變化。圖7-22GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路：由C2、V6、VS、VD4和R5構(gòu)成。V導(dǎo)通時(shí)C2所充電壓極性為左正右負(fù)。V5截止、V6導(dǎo)通時(shí)，C2先通過(guò)V6、V的發(fā)射結(jié)和VD4放電，使V截止后，穩(wěn)壓管VS取代V的發(fā)射結(jié)使C2繼續(xù)放電。VS上的電壓使V的發(fā)射結(jié)反偏，同時(shí)VS也兼有對(duì)V的發(fā)射結(jié)的保護(hù)作用。另外C2還通過(guò)R5放電?？梢?jiàn)C2除在開(kāi)通過(guò)程中起加速電容作用外，還在關(guān)斷過(guò)程中起儲(chǔ)能電容作用（開(kāi)通時(shí)充電儲(chǔ)能，關(guān)斷時(shí)釋放之）。雙電源驅(qū)動(dòng)：采用正負(fù)兩組電源，正電源提供正向開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電流，負(fù)電源提供關(guān)斷時(shí)的負(fù)驅(qū)動(dòng)電流和負(fù)偏壓。（抽取基區(qū)載流子，加速關(guān)斷）。單電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，C2在關(guān)斷過(guò)程中起著負(fù)電源的作用。利用電容儲(chǔ)能而未用專(zhuān)門(mén)的負(fù)電源。VD4提供負(fù)向電流通路。

圖7-23采用雙電源的GTR驅(qū)動(dòng)R1R2V1V2

圖7-24電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路IGBT的驅(qū)動(dòng)：現(xiàn)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。比如三菱公司的M579系列厚膜驅(qū)動(dòng)片（如M57962L和M57959L），電源一般為+15V和-10V。M57962L的OC保護(hù)原理：1腳經(jīng)高壓快恢復(fù)二極管檢測(cè)主開(kāi)關(guān)管的集電極電位，一旦電流過(guò)大，反應(yīng)最快的是集電極電位的升高（導(dǎo)通壓降增大）。內(nèi)設(shè)邏輯判斷環(huán)節(jié)在輸入光耦導(dǎo)通時(shí)，若檢測(cè)到1腳電位為高電平，則迅速將輸出關(guān)斷，同時(shí)將8腳（故障指示）電位拉低，使外部配接的光耦導(dǎo)通，經(jīng)隔離將故障信號(hào)傳遞給外部的微處理器或其它控制邏輯電路，以便能在數(shù)毫秒之內(nèi)切斷13腳輸入控制信號(hào)（即在過(guò)電流時(shí)的快速響應(yīng)和慢速關(guān)斷）。1腳配接的30V穩(wěn)壓管具有防止高壓串入，保護(hù)驅(qū)動(dòng)片的作用。在柵射極之間的兩只反向串聯(lián)穩(wěn)壓管起雙向箝位保護(hù)作用。

思考：7-5，6圖7-25M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖

RC吸收：在變壓器閥側(cè)并聯(lián)阻容，可以把變壓器鐵芯、漏抗及分布電容釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容器場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)。電容端壓不能突變，串聯(lián)電阻使能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中消耗掉一部分，并抑制LC回路振蕩。壓敏電阻、雪崩二極管等亦可取代RC吸收。整流式阻容吸收：三相時(shí)體積小，尖峰電壓能量被吸收至電解電容并消耗于電阻上。

7.7.2過(guò)電流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)方式：快熔、直流快速斷路器或過(guò)流繼電器；電子電路保護(hù)：1）對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的沖擊電流或過(guò)載等變化較慢的過(guò)電流可以利用控制系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)器對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行限制；2）設(shè)置專(zhuān)門(mén)的過(guò)電流保護(hù)電子電路，利用電流互感器、霍爾電流傳感器或取樣電阻來(lái)檢測(cè)電流，當(dāng)電流超過(guò)一定門(mén)限時(shí)，驅(qū)使網(wǎng)側(cè)斷路器分?jǐn)?，或通過(guò)電子保護(hù)電路去控制觸發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)電路或直接關(guān)斷主電路器件。還常采用專(zhuān)門(mén)的電子熱保護(hù)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

Cs的三作用：減緩du