《器件的驅(qū)動》PPT課件.ppt

1、電力電子器件器件的驅(qū)動,9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,9.1,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 性能良好的驅(qū)動電路，可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)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率，可靠性和安全性都有重要意義。 器件的驅(qū)動電路除完成驅(qū)動功能外，往往還完成故障保護和電氣隔離。,9.1.1,9.1.1 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,用于數(shù)十khz以下 磁隔離的元件通常是脈沖變壓

2、器,最高可達幾MHZ,圖9-1 光耦合器的類型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型,9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述,按照驅(qū)動信號的性質(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。,分類,晶閘管的觸發(fā)電路,晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門限觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導通。晶閘管觸發(fā)電路滿足下列要求：,9.1.2,1. 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導通。對感性和反電勢

3、負載用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于60度或采用相隔60度的雙窄脈沖。 2. 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增 大為器件觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達1- 2A/us。 3. 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)。 4. 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。,晶閘管的觸發(fā)電路,可控硅常見觸發(fā)驅(qū)動電路： b1端高壓V1通-V2導通脈沖變壓器初級電流通過脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上正下負）VD2導通通過R4限流輸出正脈沖 b1端低電平V1截止V2截止TM脈沖變壓器初級經(jīng)過R3和VD，構(gòu)成反方向電流通過脈沖變壓

4、器次極感應(yīng)電壓（上負，下正）VD2截止無脈沖輸出,圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1t2脈沖前沿上升時間（1s）t1t3強脈寬度 IM強脈沖幅值（3IGT5IGT） t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT）,圖9-3 常見的 晶閘管觸發(fā)電路,9.1.2,典型全控型器件的驅(qū)動電路,GTR是電流驅(qū)動型器件 導通GTR的基極驅(qū)動電流應(yīng)使其處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)或深飽和區(qū)。 關(guān)斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間加一個負偏壓（6V左右）,9.1.3,1. 電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路,圖9-6 理想的GTR基極驅(qū)動電流波

5、形,圖9-7是一種典型的GTR基極驅(qū)動電路。圖中VD2和VD3構(gòu)成貝克鉗位電路，可使GTR處于臨界飽和導通。圖中C2為開通加速電容。 電路分析： A端高電平光耦通電流V2導通V3截止V4通V5通，V6截止通過C2，R5在GTR基極加入脈沖電流 A端低電平光耦不通V2截止V3導通V4，V5截止V6導通通過VD4，R5，GTR基極反向抽流，加速GTR截止,圖9-7GTR的一種驅(qū)動電路,9.1.3,典型全控型器件的驅(qū)動電路,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 電力MOSFET和IGBT的柵射極之間都有數(shù)百至數(shù)千皮法的極間電容，為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具

6、有較小的輸出電阻。 MOSFET柵極驅(qū)動電壓一般取10-15V。IGBT取15-20V 關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(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可以減小寄生振蕩。,9.1.3,電力MOSFET的一種驅(qū)動電路,典型全控型器件的驅(qū)動電路,9.1.3,圖中A為高速放大器，V2和V3構(gòu)成圖騰柱輸出驅(qū)動電路。背靠背反串穩(wěn)壓管用于MOSFET門極保護。 工作原理分析如下： Ui無信號V1截止放大器A輸出負電平V3通MOSFET柵極反向抽流，加速關(guān)斷 Ui有信號光耦通V1通放大器輸出正電平V2通+Vcc-V2-R2構(gòu)成通路向MOSFET柵極充電，加速MOSFET

7、導通 實際應(yīng)用如功率器件的用量較大或可靠性要求較高，可選用集成驅(qū)動電路 如驅(qū)動GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL 驅(qū)動MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110 驅(qū)動IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。,電力電子器件器件的保護,9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 9.2.2 過電流保護 9.2.3 緩沖電路（Snubber Circuit）,9.2,在電力電子電路中，除了主電路設(shè)計正確，電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保護，du/dt

8、保護和di/dt保護是必要的。,過電壓的產(chǎn)生分外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類: 1.外因過電壓：a. 操作過電壓 b雷擊過電壓 2.內(nèi)因過電壓：a. 換相過電壓 b. 關(guān)斷過電壓,過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護,9.2.1,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電壓和內(nèi)因過電壓 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 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)束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，反向

9、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。,9.2.1,過電壓和抑制措施及配置如圖9-10所示。 過壓抑制的種類： a.RC電路 b.壓敏電阻 c.RDC電路,圖9-10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,9.2.1,過電流保護,過電流過載和短路兩種情

10、況 常用措施（圖9-13）,電力電子裝置運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種，圖9-13給出了各種過電流保護措施及其配置位量。,圖9-13過電流保護措施及配置位置,9.2.2,一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施： a 電子電路過流保護電路，就近保護功率器件，如SCR，GTR，MOSFET b 快速熔斷器：電子保護不起作用時，由快速熔斷完成 c 交流斷路器，前兩種保護不起作用，由交流熔斷器完成切斷電路。這種保護最徹底，但速度較慢。,過電流保護,9.2.2,緩沖電路又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、du/dt電壓上升率、di/dt電流上升率

11、，減小器件的開關(guān)損耗 緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。,緩沖電路（Snubber Circuit）,9.2.3,A. 關(guān)斷緩沖電路又稱du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷電壓和換相過電壓，抑制du/dt上升率，減小關(guān)斷損耗，典型由RDC元件構(gòu)成。 B. 開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗，典型由RDL器件構(gòu)成。,圖9-14di/dt抑制電路和 充放電型RCD緩沖電路及波形 a) 電路 b) 波形,緩沖電路（Snubber Circuit）,9.2.3,關(guān)斷時的負載曲線,圖9-15關(guān)斷時的負載線,無緩沖電路時：uCE迅速

12、升，L感應(yīng)電壓使VD通，負載線從A移到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負載線隨之移到C。,有緩沖電路時：Cs分流使iC在uCE開始上升時就下降，負載線經(jīng)過D到達C。,負載線ADC安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損耗大大降低。,緩沖電路（Snubber Circuit）,9.2.3,在無緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極管V開通電流迅速上升，di/dt很大，也就是所承受的電流應(yīng)力很大。 IGBT關(guān)斷時的du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓，也就是說所承受的電壓應(yīng)力很大。 無緩沖電路情況下，器件工作在負載線A-B-C，器件開關(guān)損耗很大，可能超安全工作區(qū)。 有緩沖電路時，器件工作在負載線A-D-

13、C，器件開關(guān)損耗很小，工作在安全區(qū)內(nèi)。,9.2.3 緩沖電路,充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。,圖9-14di/dt抑制電路和 充放電型RCD緩沖電路及波形 a) 電路,其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。,圖9-16另外兩種常用的緩沖電路 RC吸收電路 放電阻止型RCD吸收電路,9.3 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用,9.3.1 晶閘管的串聯(lián) 9.3.2 晶閘管的并聯(lián) 9.3.3 電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點,9.3.1 晶閘管的串聯(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

14、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。,目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。,9.3.1 晶閘管的串聯(lián),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(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。,圖9-17晶閘管的串聯(lián) a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施,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。,9.3.2 晶閘管的并聯(lián),問題：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。 均流措施： 挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。 采用均流電抗器。 用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。 當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。,目的：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電