器件的驱动课件

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1、电力电子器件器件的驱动9.1.1 电力电子器件驱动电路概述9.1.2 晶闸管的触发电路9.1.3 典型全控型器件的驱动电路9.1电力电子器件驱动电路概述驱动电路主电路与控制电路之间的 接口性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理 想的开关状态。（缩短开关时间，减小开关损耗，对 装置的运行效率，可靠性和安全性都有重要意义。 器件的驱动电路除完成驱动功能外，往 往还完成故障保护和电气隔离。9.1.19.1.1 电力电子器件驱动电路概述 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的 电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。 光隔离一般采用光耦合器,用于数十khz以下 磁隔离的元件通常是脉冲变压器,最高

2、可达几MHZ图9-1 光耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型9.1.1 电力电子器件驱动电路概述v按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱动型。v驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。分类晶闸管的触发电路 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门限触发脉 冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触 发电路满足下列要求：9.1.21. 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。对感性和反电势负载用宽 脉冲或

3、脉冲列触发。三相全桥式采用宽于60度或采用相隔60度的双窄 脉冲。2. 触发脉冲应有足够的幅度。对户外寒冷地区，脉冲电流的幅度应增 大为器件触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需要增加，一般需达1- 2A/us。3. 不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。4. 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。晶闸管的触发电路 可控硅常见触发驱动电路： b1端高压V1通-V2导通脉冲变压器 初级电流通过脉冲变压器次极感应电压（ 上正下负）VD2导通通过R4限流输出 正脉冲 b1端低电平V1截止V2截止TM脉冲 变压器初级经过R3和VD，构成反方向电流通 过脉冲变压器次极感应

4、电压（上负，下正 ）VD2截止无脉冲输出图9-2 理想的晶闸管触发脉冲电流波形 t1t2脉冲前沿上升时间（光耦通电流 V2导通V3截止 V4通V5通，V6截止 通过C2，R5在GTR基 极加入脉冲电流A端低电平光耦不通 V2截止V3导通 V4，V5截止V6导通 通过VD4，R5，GTR基 极反向抽流，加速GTR截止图9-7 GTR的一种驱动电路9.1.3VD1AVVS 0V+10V+15VV1VD2 VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2典型全控型器件的驱动电路2. 电压驱动型器件的驱动电路 电力MOSFET和IGBT是电压驱 动型器件电力MOSFET和IGBT的栅射极

5、之间都有数百至数千皮法的极间 电容，为快速建立驱动电压，要 求驱动电路具有较小的输出电阻 。MOSFET栅极驱动电压一般取10 -15V。IGBT取15-20V 关断时施加一定幅值的负驱动电 压（-5 -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻可以减 小寄生振荡。9.1.3电力MOSFET的一种驱动电路A + -MOSFET20V20VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+ VCC典型全控型器件的驱动电路9.1.3 图中A为高速放大器，V2和V3构成图腾柱输出驱动电路 。背靠背反串稳压管用于MOSFET门极保护。 工作原理分析如下：Ui无信号V1截止放大器A

6、输出负电平 V3通MOSFET栅极反向抽流，加速关断Ui有信号光耦通V1通放大器输出正电 平V2通+Vcc-V2-R2构成通路向MOSFET 栅极充电，加速MOSFET导通 实际应用如功率器件的用量较大或可靠性要求较高，可 选用集成驱动电路如驱动GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司 的M57215BL驱动MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的 IR2110驱动IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富 士公司的EXB840，EXB841等等。电力电子器件器件的保护9.2.1 过电压的产生及过电压保护9.2.2 过电流保护9.2.3 缓冲电路（Snub

7、ber Circuit）9.2在电力电子电路中，除了主电路设计正确，电力 电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外， 采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护 和di/dt保护是必要的。 过电压的产生分外因过电压和内因 过电压两类:1.外因过电压：a. 操作过电压b雷击过电压2.内因过电压：a. 换相过电压b. 关断过电压过电压的产生及过电压保护 9.2.1 过电压的产生及过电压保护电力电子装置可能的过电压外因过电压和内 因过电压 外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因(1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起(2) 雷击过电压：由雷击引起 内因过电压主要来自电力电子装置内

8、部器件的开关过 程(1) 换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相 结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了 阻断能力时，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出 过电压(2) 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线 路电感在器件两端感应出的过电压。9.2.1 过电压和抑制措施及配置如图9-10所示。 过压抑制的种类：a.RC电路b.压敏电阻c.RDC电路图9-10 过电压抑制措施及配置位置 F避雷器 D变压器静电屏蔽层 C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路 RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电

9、压抑制器 RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路 RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路9.2.1 SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC过电流保护过电流过载和短路两种情况 常用措施（图9-13）电力电子装置运行不正常或者发生故障时，可能 会发生过电流。过电流分过载和短路两种，图9- 13给出了各种过电流保护措施及其配置位量。图9-13 过电流保护措施及配置位置9.2.2负载触发电路开关电路过电流 继电器交流断路器动作电流 整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器一般电力电子装置均同时采用几种过电 流保护措施：

10、a 电子电路过流保护电路，就近保护功率器 件，如SCR，GTR，MOSFET b 快速熔断器：电子保护不起作用时，由快 速熔断完成 c 交流断路器，前两种保护不起作用，由交 流熔断器完成切断电路。这种保护最彻底， 但速度较慢。过电流保护9.2.2 缓冲电路又称吸收电路。其作用是抑制电 力电子器件的内因过电压、du/dt电压上升 率、di/dt电流上升率，减小器件的开关损 耗 缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲 电路。缓冲电路（Snubber Circuit）9.2.3 A. 关断缓冲电路又称 du/dt抑制电路，用于吸 收器件的关断电压和换 相过电压，抑制du/dt上 升率，减小关断损耗，

11、典型由RDC元件构成。 B. 开通缓冲电路又称为 di/dt抑制电路，用于抑 制器件开通时的电流过 冲和di/dt，减小器件的 开通损耗，典型由RDL 器件构成。 图9-14 di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形缓冲电路（Snubber Circuit）9.2.3a)b)RiVDLVdi dt抑制电路缓冲电路Li VDiRsCsVDstuCE iCOdi dt抑制电路无时di dt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC 关断时的负载曲线图9-15 关断时的负载线无缓冲电路时：uCE迅速升，L感应电压使VD通，负载线从A 移到B，之后iC才下降到漏电流的

12、大小，负载线随之移到C。有缓冲电路时：Cs分流使iC在uCE开始上升时就下降，负载 线经过D到达C。负载线ADC安全，且经过的都是小电流或小电压区域，关断 损耗大大降低。缓冲电路（Snubber Circuit）9.2.3在无缓冲电路的情况下，绝缘栅双极 管V开通电流迅速上升，di/dt很大， 也就是所承受的电流应力很大。IGBT关断时的du/dt很大，并出现很 高的过电压，也就是说所承受的电压 应力很大。无缓冲电路情况下，器件工作在负载 线A-B-C，器件开关损耗很大，可 能超安全工作区。有缓冲电路时，器件工作在负载线A- D-C，器件开关损耗很小，工作在 安全区内。 AD CB无缓冲电路有

13、缓冲电路uCEiCO9.2.3 缓冲电路 充放电型RCD缓冲电路 ，适用于中等容量的场 合。图9-14 di/dt抑制电路和 充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路其中RC缓冲电路主要用 于小容量器件，而放电 阻止型RCD缓冲电路用 于中或大容量器件。图9-16 另外两种常用的缓冲电路a)RC吸收电路 b)放电阻止型RCD吸收电路9.3 电力电子器件器件的串联和并联使用9.3.1 9.3.1 晶闸管的串联晶闸管的串联9.3.2 9.3.2 晶闸管的并联晶闸管的并联9.3.3 9.3.3 电力电力MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT并联运行的特点并联运行的特点9.3.1 晶闸管的串联问题

14、：理想串联希望器件分压相等，但因特 性差异，使器件电压分配不均匀。v静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但 因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。v动态不均压：由于器件动态参数和特性的差异造 成的不均压。目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以 串联。9.3.1 晶闸管的串联 静态均压措施： v选用参数和特性尽量一致的器件。 v采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反 向电阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1 VT2图9-17 晶闸管的串联 a) 伏安特性差异 b) 串联均压措施动态均压措施：选择动态参数和特性 尽量一致的器件。用RC并联支路作动

15、态 均压。采用门极强脉冲触发 可以显著减小器件开 通时间的差异。9.3.2 晶闸管的并联问题：会分别因静态和动态特性参数的差 异而电流分配不均匀。 均流措施：v挑选特性参数尽量一致的器件。v采用均流电抗器。v用门极强脉冲触发也有助于动态均流。v当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先 串后并的方法联接。目的：多个器件并联来承担较大的电流9.3.3电力MOSFET和IGBT并联运行的特点 Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容 易并联。 注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。 电路走线和布局应尽量对称。 可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用 。 IGBT并联运行的特点 在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负 温度系数。 在以上的区段则具有正温度系数。 并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联 。电力MOSFET并联运行的特点