2-4全控型器件的驱动及其他共性问题(拓展)

1、项目二 开关电源的分析与调试2-4全控型器件的驱动及其他共性问题（拓展）提纲一、电力电子器件的保护二、电力电子器件的缓冲电路三、电力电子器件的串、并联使用一、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: (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： (2) 关断过电压：电力电子器件换相（关断）时的尖峰过电压波形 ，如图所示：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

2、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2.过电压的保护措施1)器件侧2)网侧（变压器前）3)交流侧或阀侧（变压器后）4) 直流侧（整流后）RC吸收回路分类（按位置）：（1）RC吸收回路（操作过电压、换相过电压、关断过电压）1)器件侧晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.l0.150.20.250.512电阻/100840201052+-+-a)b)网侧阀侧直流侧图1 -35CaRaCaRaCdcRdcCdcRdcCaRaCaRaa)单相b)三相例：交流侧RC吸收回路接法（

3、反向阻断式）（反向阻断式）d)反向阻断式RC电路的另一种接法反向阻断式过电压抑制用反向阻断式过电压抑制用RC电路电路保护电路参数计算可参考相关工程手册保护电路参数计算可参考相关工程手册其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压）等非线性元器件限制或吸收过电压电力电子装置过电压抑制电路图1-36C1R1R2C2（2）硒堆（吸收浪涌过电压）硒堆就是成组串联的硒整流片优点：能吸收较大的浪涌能量；缺点：体积大；长期放置不用会产生“贮存老化”（3）压敏电阻（吸收浪涌过电压）ZnO压敏电阻

4、:伏安特性呈非线性的敏感元件。 “RV”或“R”正常电压：小电容器过电压：内阻R急剧下降，迅速导通，电流I增加几个数量级压敏电阻外形压敏电阻外形环形压敏电阻的接法（交流侧） ：单相联接；三相星形联接单相联接；三相星形联接 ；三相三角形联接三相三角形联接压敏电阻的接法（直流侧）：（二）过电流的保护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直流快速开关过电流保护过电流过电流保护措保护措施施过电流继电器过电流继电器（热继电器（热继电器FR）快速熔断器快速熔断器FU直流快直流快速开关速开关同时采用几种过电流保护措施，同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性提

5、高可靠性和合理性整定在电子电路动作整定在电子电路动作之后实现保护之后实现保护整定在过载时动作整定在过载时动作电子电路保护电子电路保护空心电感空心电感封闭管式快速熔断器高压跌落式FU快速熔断器的保护 熔断器是最简单有效的保护元件a)串于桥臂中 b)串于交流侧 c) 串于直流侧 快速熔断器的接法使用时可根据实际情况选用其中的一、二种甚至三种全用上。快速熔断器的选择常用的快速熔断器有RLS系列和RS3系列1.57IT（AV）IFUIT（或I2、I） （三） 电压与电流上升率的限制限制du/dt和di/dt 的电感，可采用空心电抗器（空心电感），要求L (2030 )H缓冲电路（吸收电路）作用:抑制器

6、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三、 电力电子器件的缓冲电路复合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 （无损吸收电路） ： 缓冲电路中储能元件的能量回馈给负载（无源）或电流（有源）。根据能量处理方式分类a)b)RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时

7、有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiCdi/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，通常缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做将开通缓冲电路叫做di/dtdi/dt抑制电路抑制电路a)b)RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiCdi/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，通常缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做将开通缓冲电路叫做di/dtdi/dt抑制电路抑制电路i

8、cBADC无缓冲电路有缓冲电路ucE0关断时的负载线无缓冲电路无缓冲电路 uCE 迅速上升，负载迅速上升，负载L L上的感应电压是续流二极管上的感应电压是续流二极管VDVD开始导通，负载线开始导通，负载线A A从移动到从移动到B B，iC下降到漏电下降到漏电流的大小，负载线随之移动到流的大小，负载线随之移动到C C。有缓冲电路有缓冲电路 CS的分流使的分流使iC在在uCE开始上升的同时就下降，负载开始上升的同时就下降，负载线经过线经过D到达到达C，负载线，负载线ABC经过的是小电流、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。小电压区，器件的关断损耗比无缓冲电路时降低。LCSR

9、SEd缓冲电路负载LCSRSEd缓冲电路负载RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDsb)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吸收电路四、电力电子器件的串、并联使用（一）晶闸管的串联使用1. 目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。2. 问题：器件电压分配不均匀。3. 均压措施：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。动态均压措施在元件两端并联R、C阻容吸收回路，（二）晶闸管的并联使用目的：多个器件并联来承担较大的电流。问题：电流分配

10、不均匀。a）电阻均流法：b）电抗均流法电力MOSFET并联运行的特点 Ron具有正温度系数，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。源极串入小电感，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。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l 电力半导体器件的散热，一般有三种冷却方式：l 自然冷却：只适用于小功率应用场；l 风扇冷却：适用于中等功率应用场合，如IGBT应用电路； l 水冷却：适用于大功率应用场合，如大功率GTO、IGCT及SCR等应用电路；补充：散热系统习题：指出