電力電子技術第9章 電力電子器件器課件

附電力電子器件器件的驅(qū)動1電力電子器件驅(qū)動電路概述晶閘管的觸發(fā)電路

典型全控型器件的驅(qū)動電路電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(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狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務：按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。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，又要提供關斷控制信號。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)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，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。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)。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。IIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路V1、V2構成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V1、V2導通時，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1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路典型全控型器件的驅(qū)動電路1)電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似。GTO關斷控制需施加負門極電流。GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關斷驅(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。OttOuGiG正的門極電流5V的負偏壓圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形典型全控型器件的驅(qū)動電路2)GTR開通驅(qū)動電流應使GTR處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。tOib圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形GTR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。圖1-31GTR的一種驅(qū)動電路驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。2)電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15~20V。關斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。電力電子器件器件的保護1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護2過電流保護3緩沖電路電力電子裝置可能的過電壓——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)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關過程換相過電壓：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。關斷過電壓：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過電壓。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電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種全保護：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。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(qū)動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快。3

緩沖電路緩沖電路(SnubberCircuit)

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又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。關斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復合緩沖電路——關斷緩沖電路和開通緩沖電路的結合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：b)tuCEiCOdidt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uCEiCADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO圖1-39關斷時的負載線圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形8電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用1晶閘管的串聯(lián)2晶閘管的并聯(lián)3電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點晶閘管的串聯(lián)目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。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。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)伏安特性的分散性，各器件分壓不等。動態(tài)不均壓：由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。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。用RC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通時間的差異。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖1-41晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點電力MOSFET并聯(lián)運行的特點Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力，容易并聯(lián)。注意選用Ron