全控型器件的驱动及其它共性问题

1、第三章 全控型器件的驱动及其他共性问题,第一节 典型全控型电力电子器件的驱动,一、驱动电路概述 1. 驱动电路定义：主电路与控制电路之间的接口 2. 驱动电路的基本任务： 将电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换使电力电子器件开通或关断的信号（加在控制端和公共端之间） 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,3. 驱动电路的形式 分立元件构成 专用的集成驱动电路 4. 控制电路与主电路之间的电气隔离环节 磁隔离的元件通常是脉冲变压器 光隔离一般采用光耦合器(光耦）。其连接类型分别有普通型、高速型、高传输比型,归纳 1,驱动电路 主电路与控

2、制电路之间的接口,性能良好的驱动电路使电力电子器件,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、安全性有重要意义,驱动电路的基本任务 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号,驱动电路,对半控型器件提 供开通控制信号,关断信号,开通信号,对全控型器件,提供,驱动电路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,驱动电路加在电力电子器件 控制端和公共端之间信号,电流驱动型,电压驱动型,晶闸管,电流驱动型器件,半控型器件,触发电路 晶闸管的驱动电路,归纳 2,5.电流驱动型和电压驱

3、动型： 根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的信号的性质，将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型,二、驱动电路,1. 电流驱动型器件的驱动电路 （GTO、GTR） GTO的开通控制：与普通晶闸管相似，但对脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流； 关断：施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，关断后还应在门阴极施加约5V的负偏压以提高抗干扰能力,推荐的GTO门极电压电流波形,GTO驱动电路通常包括：开通电路、关断电路和门极反偏电路三部分,典型GTO驱动电路的解释： 二极管VD1和电容C1提供+5V电压 VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V

4、电压。 VD4和电容C4提供-15V电压 V1开通时，输出正强脉冲 V2开通时输出正脉冲平顶部分 V2关断而V3开通时输出负脉冲 V3关断后R3和R4提供门极负偏压,栅源间、栅射间有数千皮法（PF)的电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小； 开通的驱动电压应达一定值：MOSFET1015V，IGBT15 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（数十欧左右）可以减小寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小,2. 电压驱动型器件的驱动电路,电力MOSFET的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大电路两部

5、分 无输入信号时高速放大器A输出负电平,V3导通输出负驱动电压 当有输入信号时A输出正电平，V2导通输出正驱动电压,电力MOSFET的 一种驱动电路,IGBT的驱动 多采用专用的混合集成驱动器,第二节 电力电子器件的保护,一、过电压的产生及过电压保护 1.过电压的产生原因 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（浪涌过电压） 内因过电压:主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 (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，

6、该反向电流急剧减小，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,过电压的产生,过电压,外因过电压,内因过电压,操作过电压,雷击过电压,换相过电压,关断过电压,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，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。 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,电力电子器件换相（关断）时的尖峰过电压波形 ，如图所示,2.过电压的保护措施,针对过电压形

7、成的不同原因，可采用不同的抑制方法。常用在回路中接入吸收能量的元件，称为吸收回路。 （1）阻容吸收（操作过电压、换相过电压、关断过电压,2）压敏电阻（吸收浪涌过电压,压敏电阻外形同瓷介电容 特性曲线同正反相稳压管 压敏电阻的接法 ： 单相联接 三相星形联接,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,过电压保护措施,二、过电流的产生及保护,1. 产生：短路、

8、过载时会产生过电流 2. 保护：快速熔断器（1.57IT(AV)IFUITM,快速熔断器保护的接法 a)串于桥臂中 b)串于交流侧 c) 串于直流侧,银质熔丝,石英沙,过电流保护,过电流保 护措施,过电流继电器,快速熔断器,直流快 速断路器,同时采用几种过电流保护措施， 提高可靠性和合理性,过电流,短路时的部分区段的保护,整定在电子电路动作之后实现保护,整定在过载时动作,短路,过载,过电流保护措施及配置位置,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， 选择快熔时考虑： 电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。 电流容量因按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。 快熔

9、的I2t值应小于被保护器件的允许I2t值。 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,保护方式,短路保护 需与其他过电流保护措施相配合,全保护 只适用于小功率装置或器件使用裕度较大的场合,不论过载还是短路均由快熔保护,只在短路电流较大的区域内起保护作用,缓冲电路（吸收电路）作用 抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗,关断缓冲电路（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（di/dt抑制电路） 用于抑制器件开通的电流过冲和di/dt，减小开通损耗,缓冲电路,复合缓冲电路 将关断缓冲电路和

10、开通缓冲电路结合在一起 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 （无损吸收电路） 缓冲电路中储能元件的能量回馈给负载或电流,第三节 电力电子器件的缓冲电路,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,通常缓冲电路专指关断缓冲电路， 将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路,无缓冲 电路,V开通 电流迅速上升，di/dt很大,V关断 du/dt很大，并出现很高的过电压,有缓冲 电路,V开通 Cs通过Rs向V放电，使ic先上一个台阶，以后因有di/dt抑制电路的Li ,ic上升速度减慢,V关断 负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负

11、担，抑制了du/dt和过电压,b) di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路波形,关断时的负载线,无缓冲电路 uCE 迅速上升，负载L上的感应电压是续流二极管VD开始导通，负载线A从移动到B，iC下降到漏电流的大小，负载线随之移动到C。 有缓冲电路 CS的分流使iC在uCE开始上升的同时就下降，负载线经过D到达C，负载线ABC经过的是小电流、小电压区，器件的关断损耗比无缓冲电路时降低,b,c,a,a) 充放电型RCD缓冲电路,另外两种常用缓冲电路 a)RC吸收电路 b)放电阻止型RCD吸收电路,第四节 电力电子器件的串、并联使用,一、晶闸管的串联使用 1.串联使用的目的：当晶闸管额定电压小于

12、要求时，可以串联。 2.串联使用时的问题：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。 3.串联使用时要均压措施：一般在器件上并联阻值相等的电阻,静态均压措施 选用参数和特性尽量一致的器件； 采用电阻均压，Rj的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。 动态均压措施 通常在元件两端并联R、C阻容吸收回路，它既可起过电压保护作用，又可利用电容电压不能突变而减慢元件上的电压变化以实现动态均压的目的,目的：多个器件并联来承担较大的电流。 问题：SCR会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀,二、晶闸管的并联使用,a）电阻均流法：均流电阻阻值大于SCR导通时的内阻 b）电抗均

13、流法,电力MOSFET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，通态压降具有负的温度系数。 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,三、电力MOSFET和IGBT并联运行的特点,本章小结,全控型电力电子器件按电流控制型和电压控制型两种分类，各自对驱动电路的基本要求以各有特点。驱动电路形式多样，本章仅对典型又常用的电路，特别是常用的集成驱动芯片作一些介绍。 晶闸管的应用中更多地强调过电压、过电流及其相应的