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1、 电力电电力电子技术子技术 第18讲 电力电子器件的驱动、保护、串联和并联使用 电力电电力电子技术子技术 9.1.1电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述使使电电力力电电子子器器件件工工作作在在较较理理想想的的开开关关状状态态，缩缩短短开开关时间，减小开关损耗。关时间，减小开关损耗。对对装装置置的的运运行行效效率率、可可靠靠性性和和安安全全性性都都有有重重要要的的意意义。义。一一些些保保护护措措施施也也往往往往设设在在驱驱动动电电路路中中，或或通通过过驱驱动动电路实现。电路实现。驱动电路的基本任务：驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号。按控制目标的要求施加开通或关
2、断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。对对全全控控型型器器件件则则既既要要提提供供开开通通控控制制信信号号，又又要要提提供供关断控制信号。关断控制信号。9.1 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 电力电电力电子技术子技术 驱驱动动电电路路还还要要提提供供控控制制电电路路与与主主电电路路之之间间的的电电气气隔隔离离环节，一般采用光隔离或磁隔离。环节，一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器光隔离一般采用光耦合器磁隔离的元件通常是脉冲变压器磁隔离的元件通常是脉冲变压器图2-36 光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
3、 电力电电力电子技术子技术 按按照照驱驱动动信信号号的的性性质质分分，可可分分为为电电流流驱驱动动型型和和电电压压驱驱动型。动型。驱驱动动电电路路具具体体形形式式可可为为分分立立元元件件的的，但但目目前前的的趋趋势势是是采用专用集成驱动电路。采用专用集成驱动电路。双双列列直直插插式式集集成成电电路路及及将将光光耦耦隔隔离离电电路路也也集集成成在在内内的混合集成电路。的混合集成电路。为为达达到到参参数数最最佳佳配配合合，首首选选所所用用器器件件生生产产厂厂家家专专门门开发的集成驱动电路。开发的集成驱动电路。分类分类 电力电电力电子技术子技术 9.1.2晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路作作用用：产
4、产生生符符合合要要求求的的门门极极触触发发脉脉冲冲，保保证证晶晶闸闸管管在在需需要要的的时时刻刻由由阻阻断转为导通。断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求：晶闸管触发电路应满足下列要求：(1)脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通触发脉冲应有足够的幅度。通触发脉冲应有足够的幅度。(2)不超过门极电压、电流和功率定额，不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。且在可靠触发区域之内。(3)有良好的抗干扰性能、温度稳定性有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。及与主电路的电气隔离。tIIMt1t2t3t4图2-37 理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉
5、冲前沿上升时间（1s）t1t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT）1、晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 电力电电力电子技术子技术 V2、V3构成脉冲放大环节。构成脉冲放大环节。脉冲变压器脉冲变压器TM和附属电路和附属电路构成脉冲输出环节。构成脉冲输出环节。V2、V3导通时，通过脉冲导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。阴极之间输出触发脉冲。图2-38 常见的晶闸管触发电路2、常见的晶闸管触发电路、常见的晶闸管触发电路 电力电电力电子技术子技术 9.1.3典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件
6、的驱动电路(1)GTOGTO的开通控制与普通晶闸的开通控制与普通晶闸管相似。管相似。GTO关断控制需施加负门极关断控制需施加负门极电流。电流。图2-39 推荐的GTO门极电压电流波形1、电流驱动型器件的驱动电路、电流驱动型器件的驱动电路OttOuGiG正的门极电流5V的负偏压GTO驱驱动动电电路路通通常常包包括括开开通通驱驱动动电电路路、关关断断驱驱动动电电路路和和门门极极反反偏偏电电路路三三部部分分，可可分分为为脉脉冲冲变变压压器器耦耦合合式式和和直直接接耦合式两种类型。耦合式两种类型。 电力电电力电子技术子技术 直直接接耦耦合合式式驱驱动动电电路路可可避避免免电电路路内内部部的的相相互互干
7、干扰扰和和寄寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。图2-40 典型的直接耦合式GTO驱动电路 电力电电力电子技术子技术 开开通通驱驱动动电电流流应应使使GTR处处于于准准饱饱和和导导通通状状态态，使使之之不不进进入入放放大区和深饱和区。大区和深饱和区。关关断断GTR时时，施施加加一一定定的的负负基基极极电电流流有有利利于于减减小小关关断断时时间间和和关断损耗。关断损耗。关关断断后后同同样样应应在在基基射射极极之之间间施施加加一一定定幅幅值值（6V左左右右）的的负负偏偏压。压。tOib图2-41 理想
8、的GTR基极驱动电流波形(2)GTR 电力电电力电子技术子技术 GTR的的一一种种驱驱动动电电路路，包包括括电电气气隔隔离离和和晶晶体体管管放放大大电电路路两部分。两部分。图2-42 GTR的一种驱动电路驱动驱动GTR的集成驱动电路中，的集成驱动电路中，THOMSON公司的公司的UAA4002和三菱公司的和三菱公司的M57215BL较为常见。较为常见。 电力电电力电子技术子技术 电力电力MOSFET和和IGBT是电压驱动型器件；是电压驱动型器件；为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小；为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小；使使MOSFET开开通通的的驱驱动动电电压压一一般般10-15
9、V，使使IGBT开开通通的的驱动电压一般驱动电压一般15-20V；关关断断时时施施加加一一定定幅幅值值的的负负驱驱动动电电压压（一一般般取取-5-15V）有有利于减小关断时间和关断损耗；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。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。2、电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路 电力电电力电子技术子技术 电力电力MOSFETMOSFET的一种驱动电路：的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部分电气隔离和晶体管放大电路两部分图2-43 电力MOSFET的一种驱动电路专为驱动电力专为驱动电力MOSFETMOSFET而设计的混合
10、集成电路有三而设计的混合集成电路有三菱公司的菱公司的M57918LM57918L，其输入信号电流幅值为，其输入信号电流幅值为16mA16mA，输出最大脉冲电流为输出最大脉冲电流为+2A+2A和和-3A-3A，输出驱动电压，输出驱动电压+15V+15V和和-10V-10V。 电力电电力电子技术子技术 IGBT IGBT的驱动的驱动图2-44 M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图常用的有三菱公司的常用的有三菱公司的M579M579系列（如系列（如M57962LM57962L和和 M57959LM57959L）和富士公司的）和富士公司的EXBEXB系列（如系列（如EXB840EXB840、E
11、XB841EXB841、EXB850EXB850和和EXB851EXB851）。）。 多采用专用的混合集成驱动器。多采用专用的混合集成驱动器。 电力电电力电子技术子技术 9.2 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护9.2.1 9.2.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护电电 力力 电电 子子 装装 置置 可可 能能 的的 过过 电电 压压 外外 因因 过过 电电 压和内因过电压压和内因过电压外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因；外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因；操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起；操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起；雷击过电压
12、：由雷击引起；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部器件的开内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开 关过程；关过程； 电力电电力电子技术子技术 换换相相过过电电压压：晶晶闸闸管管或或与与全全控控型型器器件件反反并并联联的的二二极极管管在在换换相相结结束束后后，反反向向电电流流急急剧剧减减小小，会会由由线路电感在器件两端感应出过电压。线路电感在器件两端感应出过电压。 关关断断过过电电压压：全全控控型型器器件件关关断断时时，正正向向电电流流迅迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。过电压保护措施过电压保护措施 电力电电力
13、电子技术子技术 图2-45 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电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。其中其中RC3和和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。冲电路范畴。 电力电电力电子技术子技术 9.2.29.2.2 过电流保护过电流保护过电流过电流过载和短路两种情况；过载
14、和短路两种情况；保护措施：保护措施：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 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分电子电路作为第一保护措施，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过载时动作。保护，过电流继电器整定在过载时动作。图1.35 过电流保护措施及配置位置 电力电电力电子技术子技术
15、 全全保保护护：过过载载、短短路路均均由由快快熔熔进进行行保保护护，适适用用于于小小功率装置或器件裕度较大的场合。功率装置或器件裕度较大的场合。 短短路路保保护护：快快熔熔只只在在短短路路电电流流较较大大的的区区域域起起保保护护作作用。用。 对对重重要要的的且且易易发发生生短短路路的的晶晶闸闸管管设设备备，或或全全控控型型器器件件，需采用需采用电子电路电子电路进行过电流保护。进行过电流保护。 常常在在全全控控型型器器件件的的驱驱动动电电路路中中设设置置过过电电流流保保护护环环节节，响应最快响应最快 。快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种 电力电电
16、力电子技术子技术 9.2.39.2.3 缓冲电路缓冲电路关关断断缓缓冲冲电电路路（du/dt抑抑制制电电路路）吸吸收收器器件件的的关关断断过过电压和换相过电压，抑制电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗；，减小关断损耗；开开通通缓缓冲冲电电路路（di/dt抑抑制制电电路路）抑抑制制器器件件开开通通时时的的电电流过冲和流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗；，减小器件的开通损耗；复合缓冲电路复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合；关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合；按按能能量量的的去去向向分分类类法法：耗耗能能式式缓缓冲冲电电路路和和馈馈能能式式缓缓冲冲电电路（无损吸收电路）；路（无损吸收电路）；通通常常讲讲缓缓冲冲电电路路专专指指关关断断缓缓冲冲电电路路，将将开开通通缓缓冲冲电电路路叫叫做做di/dt抑制电路。抑制电路。缓冲电路缓冲电路(SnubberCircuit)：又称吸收电路，抑制器件的内因又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、过电压、du/dt、过电流和、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。，减小器件的开关损耗。 电力电电力电子技术子技术 b)tuCEiCOdid
