五 电力电子器件PPT学习教案

1、会计学1 五五 电力电子器件电力电子器件 E R E R E R a)b)c) Uin Uout R1 ICID R1 R1 第1页/共44页 第2页/共44页 第3页/共44页 驱动电路可以采用分立元件来构成， 目前的趋势是采用专用集成驱动电路： G S D A 第4页/共44页 第5页/共44页 图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形 t1t2脉冲前沿上升时间（1s）t1t3强脉冲宽度 IM强脉冲幅值（3IGT5IGT） t1t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT） 图1-27 常见的晶闸管触发电路 I t IM t1t2t3t4 第6页/共44页 1. 1. 电流驱动型器件的驱

2、动电路电流驱动型器件的驱动电路 GTOGTO GTO的开通控制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 使GTO关断关断需施加负门极电流，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 O t t O uG iG 图图1-281-28推荐的推荐的GTOGTO门极门极 电压电流波形电压电流波形 5V的负偏压 第7页/共44页 第8页/共44页 a)直接耦合式驱动电路 b)脉冲变压器耦合式驱动电路 a)为一种直接耦合式门极驱动电路。电路采用半桥结构，通过C1和C2分压， 为GTO的阴极提供零电位。控制

3、信号uon使得V1导通，为GTO提供触发电流；而 关断信号uoff使得V2导通，C2的电压放电产生关断负电流使GTO关断。这种电路 结构简单，有较强的关断能力。 b)为最简单的脉冲变压器耦合门极驱动电路，当驱动晶体管V导通时，关断 GTO。V关断时，利用变压器中贮能使GTO开通。这个电路最大的特点是简单且 效率高。但由于开通仅依靠变压器在关断过程中存贮的能量对大容量GTO不太 适合。 u G A K on off u + - C C1 K G + - V 2 A a)b) V V 1 2 第9页/共44页 50kHz 50V GTO N1 N2 N3 C1C3 C4 C2 R1 R2 R3 R

4、4 V1 V3 V2 L VD1 VD2 VD3 VD4 图1-29典型的直接耦合式 GTO驱动电路 B A o C 第10页/共44页 t O ib 第11页/共44页 vC2为加速开通过程的电容。开通时，R5被C2短路。可实现驱动电流的 过冲，并增加前沿的陡度，加快开通 GTR目前的驱动也使用集成驱动电路，如三菱公司的M57215BL。 VD1 A V 0V +10V +15V V1 V3 V2 V4 V5 V6 R1 R2 R3 R4 R5 C1 C2 第12页/共44页 n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。数值较

5、小的栅极电阻 能加快栅极电容的充放电，从而减 小开关时间和开关损耗，但与此同 时也降低了栅极的抗噪声能力，并 可能导致寄生电感产生振荡。 第13页/共44页 A + - MOSFET 20 V 20 V u i R 1R 3 R 5 R 4 R 2 R G V 1 V 2 V 3 C 1 -V CC +V CC 图1-32电力MOSFET的一种驱动电路 专为驱动电力MOSFET而设计的混合集 成电路有三菱公司的M57918L，其输 入信号电流幅值为16mA，输出最大脉 冲电流为+2A和-3A，输出驱动电压 +15V和-10V。 第14页/共44页 EXB8XX系列IGBT专用集成驱动电 路采用

6、单列直插式封装，使用单 电源20V供电，在输出脚3和1间 产生约15V的导通驱动电压，而 通过内部稳压管在输出脚1和9间 产生约-5V的关断偏压。其内置 过流保护电路，可通过检测IGBT 在导通过程中的饱和压降来实施 对IGBT的过流保护，同时提供过 流检测输出信号，便于外部电路 采集。由于其内部集成了功率放 大电路，在一定程度上提高了驱 动电路的抗干扰能力。 A G C E 第15页/共44页 IGBT驱动电路的应用电压电流范围 标准型驱动电路信号延迟时间为4s，最大运行频率为10kHz；高速型驱动电路信号最大延迟时间为1.5s，最大运行频率为40kHz。 第16页/共44页 第17页/共4

7、4页 第18页/共44页 S 图1-34 F RV RCD T D C U M RC 1 RC 2 RC 3 RC 4 LB SDC 阀侧器件换相过电 压抑制用RC电路 压敏电阻过 电压抑制器 阀侧浪涌过 电压抑制用 RC电路 变压器静 电屏蔽层 避雷器 阀侧浪涌过 电压抑制用 反向阻断式 RC电路 静电感应过电 压抑制电容 直流侧RC抑 制电路 阀器件关断过 电压抑制用 RCD电路 第19页/共44页 +-+- a)b) 网侧 阀侧直流侧 图1 -35 CaRa CaRa CdcRdcCdcRdc CaRa CaRa 图1-35 RC过电压抑制电路联结方式 a)单相 b)三相 外因过电压抑制

8、措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式见图1-35 RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧 第20页/共44页 电力电子装置 过电压抑制电路 图1-36 C1 R1 R2 C2 第21页/共44页 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 图1 -37 第22页/共44页 第23页/共44页 快速开关用在直流电路中，它的完全分断时间最快为10ms。 过流继电器有直流和交流两种，它们动作时间一般为几百ms

9、。 在实际装置中，为了避免经常更换快熔，一般需用较小容量快速开关或过流继电器，而同时选用较大容量的快熔。这样，在发生过流时，快速开关或过流继电器首先动作，即使动作速度不如快熔，同样可以保护器件。经过复位后，又可正常工作。 第24页/共44页 霍尔电流传感器霍尔电流传感器 第25页/共44页 通常将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 第26页/共44页 a) b) 图1-38 Ri VD L V di dt抑制电路 缓冲电路 Li VD i Rs Cs VDs t uCE iC O di 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 uC

10、E iC 图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓 冲电路及波形 a) 电路 b) 波形 第27页/共44页 L 缓冲电路 L 缓冲电路 负载 负载 a)b) 图1-40 Ed Rs Cs Ed Rs Cs VDs 第28页/共44页 晶闸管在实用中一般只承受换相过电 压，没有关断过电压，关断时也没有 较大的du/dt，一般采用RC吸收电路 即可 第29页/共44页 第30页/共44页 n反向时，可能使其中一个器件 先反向击穿，另一个随之击穿 第31页/共44页 b)a) 图1-41 R C R C VT 1 VT 2 RP RP I O U UT1 IR UT2 VT 1 VT 2 第

11、32页/共44页 第33页/共44页 通常采用先串后并的方法联接 采用均流电抗器 VT1VT2 RPRP 第34页/共44页 图143 晶闸管并联均流电路 当SCR由于伏安特性差别，器件电流趋于不均衡时，电感阻止各支路电流的变化，以减小各支路电流的差异。 第35页/共44页 5.3.3 IGBT5.3.3 IGBT的级联的级联 第36页/共44页 第37页/共44页 d ajm aj P TT R 在实际情况中常把总热阻分成三部分。第一部分为从管芯到管壳的结- 壳热阻，第二部分为从管壳到散热器的接触热阻，第三部分为从散热器到环 境的散热器热阻。 第38页/共44页 第39页/共44页 使用风机

12、降低散热器温度目前有两种控制方式，一种是风机与装置同步工作，适合于负载基本不变的情况，如PC机电源；另一种是风机的起、停受装置的内部温度（尤其是散热器的温度）控制。常用的办法是使用温度传感器采集温度，与预设的温度基准进行比较，当测量的温度高于设定值后，风机起动加速散热；当温度下降后，风机停转。这种方式适合负载变化的情况，例如以蓄电池为后备电源的整流装置，大多数时间蓄电池接近满容量，充电电流较小，整流装置工作在轻载状态，散热器温度不高，风机不工作；在交流电源长时间停电，蓄电池放电为负载供电后，交流电源重新恢复时，整流装置要对蓄电池进行大电流充电，此时装置工作在重载状态，风机工作。该控制方式在达到

13、降温目的的同时，能大大提高风机的寿命，进而提高整个装置的寿命。 第40页/共44页 K V +12 R R D +12 +12 R +12 +12 温度传感器 风机电源 风机 1 1 2 3 Vref 散热器温控风冷滞环控制方式 另外，使用散热器对功率开关管进行散热时，可采用带常闭触头的温度继电 器来实现过热保护，将温度继电器测量面固定在散热器表面，其常闭触头用来控 制功率开关管的驱动回路，一旦散热器温度过高，温度继电器动作，驱动电路停 止工作，功率开关管截止。 第41页/共44页 第42页/共44页 铝电解电容管脚有正、负之分，容量为0.471000000F，工作电压为3 500V，主要用作整流电路的电压平滑滤波电容。 在功率开关管由导通变为关断瞬间，流过功率管的电流会迅速下降，由 于电路中电感量的作用，会产生较高的尖峰电压，若该电压超过功率管所能 承受的电压，则会发生器件击穿，造成器件永久损坏。因此一般都要在功率 管两端并联吸收电路，如RC和RCD电路。在这其中电容是很