触发电路与驱动电路.ppt

第四章 触发电路与驱动电路,第一节第五节 晶闸管触发电路 第六节 全控型电力电子器件的驱动电路 第七节 电力电子器件的保护 本章小结,第一节第五节 晶闸管触发电路,一、晶闸管对触发电路的要求 二、简易触发电路 三、单结晶体管触发电路 四、触发电路与主电路电压的同步,一、晶闸管对触发电路的要求,1触发信号要有足够的功率 ; 2触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步 ; 3触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡 ; 4触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。,图4-1 几种常用触发信号电压波形 (a)正弦波 （b）尖脉冲 （c）方波 （d）强触发脉冲 （e）脉冲列,第一节第五节 晶闸管触发电路,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,1简单移相触发电路,图4-2 本相电压为触发信号的触发电路及波形,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,2阻容移相触发电路,图4-3 阻容移相触发电路及波形,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,3数字集成块触发电路,图4-4 数字集成块触发电路,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,4. 应用举例,图3-29 路灯自动控制器,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,图3-30 音乐彩灯控制器,第一节第五节 晶闸管触发电路,二、简易触发电路,图3-31 简易直流电机调速系统,第一节第五节 晶闸管触发电路,三、单结晶体管触发电路,1.单结晶体管的结构 、符号、伏安特性及主要参数,图4-5 单结晶体管,P点（称为峰点）：UP ，IP V点（称为谷点）：UV ，IV,导通条件：Ue UP ， Ie IP 截止条件；UeUV ， IeIV,图4-6 单结晶体管的伏安特性,（4-1）,第一节第五节 晶闸管触发电路,三、单结晶体管触发电路,图4-7 单结晶体管振荡电路与波形,2.单结晶体管自激振荡电路,振荡条件： 振荡频率：,（4-2）,第一节第五节 晶闸管触发电路,三、单结晶体管触发电路,3.单结晶体管同步触发电路,图4-8 单结晶体管触发电路及波形,四、触发电路与主电路电压的同步,第一节第五节 晶闸管触发电路,同步的概念：为了使触发脉冲出现在被触发晶闸管承受正向电压的时间间隔之内，确保主电路各晶闸管在每一个周期中均按相同的顺序和控制角被触发导通，就必须给触发电路提供与晶闸管承受的电源电压保持合适相位关系的电压。同步的概念有两层含义：一是触发脉冲的频率必须与晶闸管主电路电压的频率一致；二是输出触发脉冲的相位应满足主电路电压相位的要求。 同步信号电压：将提供给触发电路合适相位的电压称为同步信号电压。 同步或定相：正确选择同步信号电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定相。,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,一、电力电子器件驱动电路概述 二、典型全控型器件的驱动电路,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,一、电力电子器件驱动电路概述,驱动电路 是电力电子主电路与控制电路之间的接口。 良好的驱动电路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的意义。 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。 驱动电路的基本任务 按控制目标的要求给器件施加开通或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,一、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 光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。 有普通、高速和高传输比三种类型。 磁隔离的元件通常是脉冲变压器 当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。,图4-25 光电耦合器的类型及接法,普通型,高速型,高传输比型,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,一、电力电子器件驱动电路概述,驱动电路的分类 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型和电压驱动型两类。 晶闸管的驱动电路常称为触发电路。 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。,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,二、典型全控型器件的驱动电路,电流驱动型器件的驱动电路GTR和GTO是电流驱动型器件。 电力晶体管（GTR）基极驱动电路,集成驱动模块：UAA4002、HL201A/HL202A等,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,门极可关断晶闸管（GTO）门极驱动电路,图4-33 门极驱动电路之一,二、典型全控型器件的驱动电路,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,集成驱动模块：IR2110/IR2115/IR2130、FA5310/FA5311等,二、典型全控型器件的驱动电路,电压驱动型器件的驱动电路功率 MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。,功率 MOSFET栅极驱动电路,第六节 全控型电力电子器件的驱动电路,绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动电路,图4-38 栅极驱动电路,集成驱动模块：EXB850/EXB851、EXB840/EXB841等,二、典型全控型器件的驱动电路,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护 二、晶闸管的串联与并联 三、全控型电力电子器件的缓冲电路,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,过电流及其保护 产生过电流的原因常见有以下几个方面。 （1）电网电压波动过大，使流过晶闸管的电流随电源增加而 超过额定值； （2）内部管子损坏或触发电路故障，造成相邻桥臂上的晶闸 管导通，引起两相电源短路； （3）整流电路直流输出侧短路、逆变电路因换流失败而引起 逆变失败，均可引起很大短路电流。 （4）可逆传动环流过大、控制系统故障，可使晶闸管过电流。,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,1-进线电抗限流 2-电流检测和过流继电器 3、4、5-快速熔断器 6-过电流继电器 7-直流快速开关,图4-42 晶闸管装置可采用的过电流保护措施,过电流分过载和短路两种情况。 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施，一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。 通常，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保护，过电流继电器整定在过载时动作。,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,图4-43 快速熔断器的接法,快速熔断器保护,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,电子线路控制保护,图4-44 电子线路控制的过流保护电路,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,过电压及其保护 电路产生过电压的原因有： （1）外部原因主要是电网剧烈波动、雷击及干扰； （2）内部原因主要是电路状态变化时积聚的电磁能量不 能及时消散。 其主要表现为两种类型： （1）器件开、关引起的冲击过电压； （2）雷击或其它外来干扰引起的浪涌过电压。 抑制过电压的方法： （1）用非线性元件（硒堆、压敏电阻）限制过电压的幅度； （2）用电阻消耗产生过电压的能量； （3）用储能元件吸收产生过电压的能量。,第七节 电力电子器件的保护,一、晶闸管的保护,晶闸管关断过电压保护,图4-46 晶闸管阻容吸收电路,阻容吸收电路的组件数值可参照表4-6中所给经验数据。电容的耐压为管子额定电压的1.11.5倍。电阻功率为,表4-6 晶闸管并联的阻容吸收电路数据,一、晶闸管的保护,交流侧过电压保护,图4-47 交流侧阻容吸收电路,一、晶闸管的保护,交流侧过电压保护,图4-48 压敏电阻伏安特性,图4-49 压敏电阻的几种接法,一、晶闸管的保护,交流侧过电压保护,交流侧硒堆保护电路,直流侧过电压保护,整流电路直流侧发生切除负载、快熔熔断、正在导通的晶闸管烧坏或开路等情况时，若直流侧为大电感负载，或者切断时的电流值大，就会在直流侧产生较大的过电压。抑制的办法是在整流输出端并联压敏电阻。,第七节 电力电子器件的保护,二、晶闸管的串联与并联,晶闸管的串联,晶闸管串联使用时，必须采取均压措施。,图4-50 晶闸管串联反向电压分配与均压措施,当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。,第七节 电力电子器件的保护,二、晶闸管的串联与并联,晶闸管的并联,晶闸管并联使用时，必须采取均流措施。,图4-51 晶闸管并联与均流措施,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。,当晶闸管的额定电流小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相并联。,第七节 电力电子器件的保护,三、全控型电力电子器件的缓冲电路,缓冲电路（Snubber Circuit）又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。 分类 分为关断缓冲电路和开通缓冲电路 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du/dt，减小关断损耗。 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。 复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起。 还可分为耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路 耗能式缓冲电路 ：缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上。 馈能式缓冲电路 ：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，也称无损吸收电路。 通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，而将开通缓冲电路区别叫做di/dt抑制电路。,第七节 电力电子器件的保护,三、全控型电力电子器件的缓冲电路,缓冲电路 图a）给出的是一种缓冲电路和di/dt抑制电路的电路图。 在无缓冲电路的情况下，di/dt很大，关断时du/dt很大，并出现很高的过电压，如图b）。 在有缓冲电路的情况下 V开通时，Cs先通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因为Li的作用，iC的上升速度减慢。 V关断时，负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压。 因为关断时电路中（含布线）电感的能量要释放，所以还会出现一定的过电压。,第七节 电力电子器件的保护,三、全控型电力电子器件的缓冲电路,RC吸收电路,放电阻止型 RCD吸收电路,关断过程 无缓冲电路时，uCE迅速上升，负载线从A移动到B，之后iC才下降到漏电流的大小，负载线随之移动到C。 有缓冲电路时，由于Cs的分流使iC在uCE开始上升的同时就下降，因此负载线经过D到达C。 负载线在到达B时很可能超出安全区，使V受到损坏，而负载线ADC是很安全的，且损耗小。 另外两种常用的缓冲电路形式 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。,本章小结,主讲了晶闸管触发电路、典型全控型器件驱动电路、晶闸管的过电压及过电流保护、晶闸管的串联与并联和全控型器件的缓冲电路。 本章要