全控型器件的驅(qū)動及其它共性問題

全控型器件的驅(qū)動及其它共性問題第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)典型全控型電力電子器件的驅(qū)動一、驅(qū)動電路概述

1.驅(qū)動電路定義：主電路與控制電路之間的接口

2.驅(qū)動電路的基本任務(wù)：將電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換使電力電子器件開通或關(guān)斷的信號（加在控制端和公共端之間）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。第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五3.驅(qū)動電路的形式

分立元件構(gòu)成專用的集成驅(qū)動電路4.控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)磁隔離的元件通常是脈沖變壓器光隔離一般采用光耦合器(光耦）。其連接類型分別有普通型、高速型、高傳輸比型。第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五歸納1驅(qū)動電路主電路與控制電路之間的接口性能良好的驅(qū)動電路使電力電子器件理想的開關(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、安全性有重要意義驅(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。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五驅(qū)動電路對半控型器件提供開通控制信號關(guān)斷信號開通信號對全控型器件提供驅(qū)動電路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）。驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號電流驅(qū)動型電壓驅(qū)動型晶閘管電流驅(qū)動型器件半控型器件觸發(fā)電路

晶閘管的驅(qū)動電路

歸納2第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五5.電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型：

根據(jù)驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號的性質(zhì)，將電力電子器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五二、驅(qū)動電路

1.電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路（GTO、GTR）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，且一般需在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流；關(guān)斷：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。

推薦的GTO門極電壓電流波形第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五GTO驅(qū)動電路通常包括：開通電路、關(guān)斷電路和門極反偏電路三部分。典型GTO驅(qū)動電路的解釋：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，輸出正強脈沖V2開通時輸出正脈沖平頂部分V2關(guān)斷而V3開通時輸出負(fù)脈沖V3關(guān)斷后R3和R4提供門極負(fù)偏壓第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五柵源間、柵射間有數(shù)千皮法（PF)的電容，為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小；開通的驅(qū)動電壓應(yīng)達一定值：MOSFET10~15V，IGBT15~20V；關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗；在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。2.電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五電力MOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分無輸入信號時高速放大器A輸出負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動電壓當(dāng)有輸入信號時A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓

電力MOSFET的一種驅(qū)動電路第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五

IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)電力電子器件的保護一、過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護1.過電壓的產(chǎn)生原因外因過電壓:主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因

(1)

操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起

(2)

雷擊過電壓：由雷擊引起（浪涌過電壓）內(nèi)因過電壓:主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程

(1)

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(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓；

(2)

關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五過電壓的產(chǎn)生過電壓外因過電壓內(nèi)因過電壓操作過電壓雷擊過電壓換相過電壓關(guān)斷過電壓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(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五電力電子器件換相（關(guān)斷）時的尖峰過電壓波形，如圖所示：第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五2.過電壓的保護措施針對過電壓形成的不同原因，可采用不同的抑制方法。常用在回路中接入吸收能量的元件，稱為吸收回路。

（1）阻容吸收（操作過電壓、換相過電壓、關(guān)斷過電壓）第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五（2）壓敏電阻（吸收浪涌過電壓）壓敏電阻外形同瓷介電容特性曲線同正反相穩(wěn)壓管壓敏電阻的接法：單相聯(lián)接三相星形聯(lián)接

第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五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(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)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(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路過電壓保護措施第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五二、過電流的產(chǎn)生及保護1.產(chǎn)生：短路、過載時會產(chǎn)生過電流2.保護：快速熔斷器（1.57IT(AV)≥IFU≥ITM

）快速熔斷器保護的接法a)串于橋臂中b)串于交流側(cè)

c)串于直流側(cè)

銀質(zhì)熔絲石英沙第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五過電流保護過電流保護措施過電流繼電器快速熔斷器直流快速斷路器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性過電流短路時的部分區(qū)段的保護整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護整定在過載時動作短路過載第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五過電流保護措施及配置位置第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五快熔是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施，選擇快熔時考慮：電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。電流容量因按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊鄣腎2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I2t值。保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。保護方式短路保護需與其他過電流保護措施相配合全保護只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場合不論過載還是短路均由快熔保護只在短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護作用第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五緩沖電路（吸收電路）作用抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗開通緩沖電路（di/dt抑制電路）用于抑制器件開通的電流過沖和di/dt，減小開通損耗緩沖電路復(fù)合緩沖電路

將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起耗能式緩沖電路

緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電阻上饋能式緩沖電路（無損吸收電路）

緩沖電路中儲能元件的能量回饋給負(fù)載或電流第三節(jié)電力電子器件的緩沖電路第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形

a)電路b)波形通常緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五無緩沖電路V開通電流迅速上升，di/dt很大V關(guān)斷

du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓有緩沖電路V開通

Cs通過Rs向V放電，使ic先上一個臺階，以后因有di/dt抑制電路的Li,ic上升速度減慢。V關(guān)斷負(fù)載電流通過VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。

b)di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路波形tuCEOdidt抑制電路時無didt抑制電路時有有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五icBADC無緩沖電路有緩沖電路ucE0關(guān)斷時的負(fù)載線無緩沖電路uCE

迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開始導(dǎo)通，負(fù)載線A從移動到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移動到C。有緩沖電路CS的分流使iC在uCE開始上升的同時就下降，負(fù)載線經(jīng)過D到達C，負(fù)載線ABC經(jīng)過的是小電流、小電壓區(qū)，器件的關(guān)斷損耗比無緩沖電路時降低。第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五LCSRSEd緩沖電路負(fù)載LCSRSEd緩沖電路負(fù)載RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDsb)c)a)a)充放電型RCD緩沖電路另外兩種常用緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)電力電子器件的串、并聯(lián)使用一、晶閘管的串聯(lián)使用1.串聯(lián)使用的目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。2.串聯(lián)使用時的問題：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。3.串聯(lián)使用時要均壓措施：一般在器件上并聯(lián)阻值相等的電阻。第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五靜態(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，Rj的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。動態(tài)均壓措施通常在元件兩端并聯(lián)R、C阻容吸收回路，它既可起過電壓保護作用，又可利用電容電壓不能突變而減慢元件上的電壓變化以實現(xiàn)動態(tài)均壓的目的第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流。問題：SCR會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。二、晶閘管的并聯(lián)使用a）電阻均流法：均流電阻阻值大于SCR導(dǎo)通時的內(nèi)阻b）電抗均流法第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五電力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、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)。電路走線和布局應(yīng)盡量對稱?？稍谠礃O電路中串入小電感,起到均流電抗器的作用。IGBT并聯(lián)運行的特點

在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)。三、電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點第30頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五本章小結(jié)全控型電力電子器件按電流控制型和電壓控制型兩種分類，各自對驅(qū)動電路的基本要求以各有特點。驅(qū)動電路形式多樣，本章僅對典型又