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1、 引引 言言引引 言言 电力电子应用系统（装置）的技术主体电力电子应用系统（装置）的技术主体电力电子变流电路电力电子变流电路 电力电子变流电路的核心元件电力电子变流电路的核心元件电力电子器件（功率开关器件）电力电子器件（功率开关器件） 正是由于器件具有电压阻断能力和通正是由于器件具有电压阻断能力和通/断电流的可控性，才得以实现断电流的可控性，才得以实现 多种多样的电能变换多种多样的电能变换并且可控！并且可控！ 如何实现器件的开关效能如何实现器件的开关效能驱动驱动 并确保器件的安全与可靠并确保器件的安全与可靠保护保护 及其重要！及其重要！ 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 引引引 言
2、引 言言言 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 9.3 电力电子器件的串电力电子器件的串/并联并联 9.1.1 驱动电路概述驱动电路概述 1. 驱动电路的地位驱动电路的地位 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 将控制电路传来的将控制电路传来的反映控制目标的要求反映控制目标的要求的信号的信号转换转换为 能驱动器件 为 能驱动器件开通开通或或关断关断的信号的信号。 是电力电子变换器主电路与控制电路之间的是电力电子变换器主电路与控制电路之间的接口接口。 直接影响着直接影响着器件的器件的开关状态开关状态、开关动态开关动态、开关损耗开关损耗。 对系统的运行效率、可靠性和安全性都有重要
3、意义。对系统的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。 2. 驱动电路的驱动电路的基本任务基本任务 包括 同步包括 同步/时序、逻辑、占空比等时序、逻辑、占空比等 具有符合要求的驱动电压或电流幅值，且波形要求具有符合要求的驱动电压或电流幅值，且波形要求 9.1.1 驱动电路概述 将控制电路传来的 驱动电路概述 将控制电路传来的反映控制目标的要求反映控制目标的要求的信号的信号转换转换为 能驱动器件 为 能驱动器件开通开通或或关断关断的信号的信号。 2. 驱动电路的驱动电路的基本任务基本任务 包括 同步包括 同步/时序、逻辑、占空比等时序、逻辑、占空比等 具有符合要求的驱动电压或电流幅值，且波形要求
4、具有符合要求的驱动电压或电流幅值，且波形要求 3. 驱动电路的其驱动电路的其它它效能效能 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 通常要求提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。通常要求提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。 光光电电耦合耦合器器类型：类型： a) 普普通通型型 b) 高速型高速型 c) 高高传传输比型输比型 3. 驱动电路的其驱动电路的其它它效能效能 一些一些保护保护措施措施也往往要求设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。也往往要求设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。 9.1.1 驱动电路概述驱动电路概述 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质， 可以
5、将电力电子器件分为 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质， 可以将电力电子器件分为电流驱动电流驱动型型和和电电压压驱动驱动型型两类。两类。 晶闸管的驱动电路常称为触发电路。晶闸管的驱动电路常称为触发电路。 4. 驱动电路的驱动电路的分类分类 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 驱动电路具体形式可为驱动电路具体形式可为分立分立元件元件构成的，但目前的趋势是采用构成的，但目前的趋势是采用 集成集成驱动电路驱动电路。 双列双列直直插式集成插式集成电路电路 及 将光耦隔离电路也集成在内的及 将光耦隔离电路也集成在内的 混合集成混合集成电路电路。 为达到参数最佳配合，首选所
6、用器件生产厂家专门开发 的 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发 的专专用用集成集成驱动电路驱动电路。M57962L KC04、IR2110 EXB841 9.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 作作用用：产生符合产生符合要求的要求的门极触发脉冲，门极触发脉冲，保保证证晶闸管在晶闸管在需需要的要的时刻由阻时刻由阻断断 转为转为导导通。通。 要求其 要求其输输出出的的触发脉冲：触发脉冲： 幅度幅度。要考虑到：门极参数的发散性、环 境温度的影响，多个 要考虑到：门极参数的发散性、环 境温度的影响，多个SCR触发一致性。触发一致性。 IM 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱
7、动 尤尤其其在在低低环环境温度境温度或串并联或串并联使使用用时时， 脉冲脉冲电流的电流的幅度幅度应应增大增大为器件为器件最最大大触发触发电电 流的流的35倍倍（强强触发触发）。）。 宽度宽度。应保证大于应保证大于IA上升到上升到IL所需时间， 尤其在感性负载下。 所需时间， 尤其在感性负载下。 陡度陡度。增加脉冲前沿的陡度，不仅可减小增加脉冲前沿的陡度，不仅可减小 td，且可减小门极参数发散性的影响，有 助于各 ，且可减小门极参数发散性的影响，有 助于各SCR的的的一致性和稳定性。的一致性和稳定性。 隔离输隔离输出方出方式式。 I t1t2t3t4 理想的触发脉冲电流波形理想的触发脉冲电流波形
8、 t1t2前前沿上升时沿上升时间（间（13V 20 V 慢关慢关断断 保护保护 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路 常常用的用的IGBT专专用用混合集成混合集成驱动器驱动器富士富士公公司司EXB系系列列 （EXB840、EXB841、EXB850和和EXB851） 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 9.2.1 过过电电压压保护保护 9.2.2 过过电流保护电流保护 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 9.2.2 过过电流保护电流保护 9.2.3 缓缓冲冲电路电路 9.2.1 过电压保护过电压保护 过电压分为过电压分为外因外因过过电电压压和和内内因
9、因过过电电压压两类。两类。 外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括 操操作过作过电电压压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。 雷击雷击过过电电压压：由雷击引起的过电压。：由雷击引起的过电压。 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 雷击雷击过过电电压压：由雷击引起的过电压。：由雷击引起的过电压。 内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括 换换相相过过电电压压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束 后，
10、反向电流急剧减小，因线路电感在器件两端感应出过电压。 ：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束 后，反向电流急剧减小，因线路电感在器件两端感应出过电压。 关断关断过过电电压压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因 正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。 ：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因 正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。 9.2.1 过电压保护过电压保护 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 过过电电压压抑抑制制措施措施及及配配置位置置位置 F避雷避雷器器D变变压压器器静静电电屏蔽层屏蔽层C静静电电感感应应过过电电压压
11、抑抑制电制电容容 RC1阀侧浪涌阀侧浪涌过过电电压压抑抑制用制用RC电路电路 RC2阀侧浪涌阀侧浪涌过过电电压压抑抑制用反制用反向阻向阻断断式式RC电路电路 RV压压敏敏电电阻阻过过电电压压抑抑制器制器 RC3阀阀器件换器件换相相过过电电压压抑抑制用制用RC电路电路 RC4直流直流侧侧RC抑抑制电路制电路 RCD阀阀器件关断器件关断过过电电压压抑抑制用制用RCD电路电路 可视具体情况只采用其中的几种过电压抑制措施及配置位置可视具体情况只采用其中的几种过电压抑制措施及配置位置 9.2.2 过电流保护过电流保护 过过电流电流分分 过过载载 和和 短短路路 两两种种情况情况。 过过电流保护电流保护措
12、施措施及其及其配配置位置置位置 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 快快速速熔熔断器断器、直流直流快快速速断路器断路器和和过过电流电流继继电器电器是是较较为为常常用的用的措施，一措施，一般般电力电力 电子装置电子装置均均同时同时采采用用几几种种过过电流保护电流保护措施，以提高措施，以提高保护的可靠性保护的可靠性和合和合理理性。性。 通常：电子电路保护作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的通常：电子电路保护作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的 保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电
13、流继电器整定在 过载时动作。过载时动作。 9.2.2 过电流保护过电流保护 快速熔断器（简称快熔）快速熔断器（简称快熔） 是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。 选择快熔时应考虑选择快熔时应考虑 电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。 电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。 快熔的快熔的I2t值应小于被保护器件的允许值应小于被保护器件的允许 I2t 值。值。 I 2 I 2 9.2 电力电子器件的保
14、护电力电子器件的保护 为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。电流特性。 快熔对器件的保护方式可分为快熔对器件的保护方式可分为全保护全保护和和短短路保护路保护两种。两种。 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器 件裕度较大的场合。 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器 件裕度较大的场合。 短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子
15、电子 电路电路进行过电流保护。进行过电流保护。 常在全控型器件的驱动电路中设置常在全控型器件的驱动电路中设置过过电流保护电流保护环节环节，器件对电流的 响应是最快的。 ，器件对电流的 响应是最快的。 9.2.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber Circuit）又称为）又称为 吸收吸收电路电路 作用作用抑制器件关断时承受的抑制器件关断时承受的 du/dt 抑制器件开通时承受的抑制器件开通时承受的 di/dt 减小器件的减小器件的开关损耗开关损耗 ！ u 无缓冲电路时 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 t uCE i C O d i d t 抑制电路时无 d i d t 抑制电路时
16、有 有缓冲电路时 无缓冲电路时 u CE iC 9.2.3 缓冲电路缓冲电路 缓冲电路的种类缓冲电路的种类 可简单分为可简单分为关断关断缓缓冲冲电路电路和和开通开通缓缓冲冲电路电路 关断缓冲电路：又称为关断缓冲电路：又称为du/dt抑制电路，用于吸收器件的关断过 电压和换相过电压，抑制 抑制电路，用于吸收器件的关断过 电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。，减小关断损耗。 开通缓冲电路：又称为开通缓冲电路：又称为di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时的抑制电路，用于抑制器件开通时的 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 开通缓冲电路：又称为开通缓冲电路：又称为di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时的抑制电路，用于抑制器件开通时的 电流过冲和电流过
