第八章电力电子器件的门极控制电路

1、门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-1 电力电子装置主电路、控制电路电力电子装置主电路、控制电路 控制电路的作用：控制电路的作用： 将给定信号转换为主电路开关器件所需的触将给定信号转换为主电路开关器件所需的触发脉冲信号，以使主电路实现相应功能。发脉冲信号，以使主电路实现相应功能。门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-2 控制电路的构成：控制电路的构成： 控制电源控制电源 控制脉冲产生电路控制脉冲产生电路 门极控制电路门极控制电路 同步信号产生电路同步信号产生电路 检测、反馈电路检测、反馈电路 保护电路保护电路 显示、报警电路显示、报警电路门

2、控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-3 本章主要内容：本章主要内容： 掌握晶闸管对触发电路的要求，了解晶体管掌握晶闸管对触发电路的要求，了解晶体管移相触发电路及同步电源的选择，掌握移相触发电路及同步电源的选择，掌握GTO、IGBT、MOSFET等器件对触发电路等器件对触发电路的要求。的要求。 重点：重点： 掌握掌握IGBT触发电路。触发电路。门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-4 触发脉冲的作用：触发脉冲的作用： 决定晶闸管导通时刻，提供门极触发电流。决定晶闸管导通时刻，提供门极触发电流。 触发脉冲参数要求：触发脉冲参数要求： 触发电流触发

3、电流大于额定值，保证可靠触发大于额定值，保证可靠触发 触发脉冲宽度触发脉冲宽度使阳极电流大于擎住电流使阳极电流大于擎住电流 强触发强触发提高提高di/dt的承受能力的承受能力 触发功率触发功率需要功率放大电路需要功率放大电路门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-5 触发脉冲形式要求：触发脉冲形式要求： 正向脉冲正向脉冲门极对阴极为正电压门极对阴极为正电压 脉冲形式脉冲形式宽脉冲、窄脉冲、脉冲列宽脉冲、窄脉冲、脉冲列 与主电路同步与主电路同步保持固定相位关系保持固定相位关系 与主电路隔离与主电路隔离高、低压电源隔离高、低压电源隔离 抗干扰能力抗干扰能力防止误触发防止误触

4、发门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-6 控制电压控制电压 UK - 触发角触发角 - 输出电压输出电压Ud 垂直移相原理：垂直移相原理： 同步信号同步信号uT与与UK的交点决定触发时刻的交点决定触发时刻 UK垂直移动，交点对应相位变化垂直移动，交点对应相位变化(移相移相)门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-7 垂直移相方式：垂直移相方式： 串联垂直移相串联垂直移相 并联垂直移相并联垂直移相门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-8 同步信号为正弦波的移相触发电路同步信号为正弦波的移相触发电路 基本环节：同步移相环

5、节、脉冲形成环节基本环节：同步移相环节、脉冲形成环节 功率放大环节、隔离输出环节功率放大环节、隔离输出环节门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-9门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-10 uT的选择原则：的选择原则：UK=0时，时，Ud=0，对应，对应 =90 门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-11 UK 与与 uT 没有交点，触发脉冲丢失没有交点，触发脉冲丢失 防止方法：信号合成，限制防止方法：信号合成，限制 min 、 min 。门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-12 同步信号

6、为锯齿波的移相触发电路同步信号为锯齿波的移相触发电路 特点：特点： 锯齿波同步信号不受锯齿波同步信号不受 电网波动影响电网波动影响 UK 与与 成线性关系成线性关系门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-13 同步信号选择原则：同步信号选择原则： 使使UK = 0 时，时，Ud = 0。 选择依据：选择依据： 整流电路形式整流电路形式 触发电路形式触发电路形式 变压器接线形式变压器接线形式门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-14 例一：三相全控桥、正弦波触发电路例一：三相全控桥、正弦波触发电路 UK = 0 时，对应时，对应 = 90 同步信

7、号滞后于阳极电压同步信号滞后于阳极电压 120 T1管管： 阳极电压：阳极电压：ua 同步信号：同步信号：uT1= ub T2管：管： 阳极电压：阳极电压： uc 同步信号：同步信号：uT2 = ua门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-15 例二：三相全控桥、锯齿波触发电路例二：三相全控桥、锯齿波触发电路 原则：锯齿波起点对应原则：锯齿波起点对应 = 0 ， 即即 uT 的的180 对应对应 ua 的的30 同步信号超前于阳极电压同步信号超前于阳极电压 150 主变压器接线形式：主变压器接线形式： /Y 11 同步变压器接线形式：同步变压器接线形式：Y/Y 12/6

8、门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-16 同步信号与阳极电压对应关系：同步信号与阳极电压对应关系： 晶闸管晶闸管 ： T1 T2 T3 T4 T5 T6 阳极电压：阳极电压： +ua uc +ub ua +uc ub 同步信号：同步信号： uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-17 GTO门控电路的特点：门控电路的特点： GTO的开通、关断分别由开通电路、关断的开通、关断分别由开通电路、关断电路完成。电路完成。 开通过程与开通过程与SCR相似。相似。 维持导通需加正向偏置电流。维持导通需加

9、正向偏置电流。 关断时需要足够大的关断电流及能量。关断时需要足够大的关断电流及能量。门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-18门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-19 GTO的主要缺点：的主要缺点： 关断电流大，约为阳极电流的关断电流大，约为阳极电流的 20% 33% 控制电路复杂，控制电路复杂，GTO易烧损。易烧损。 关断电路的实现：关断电路的实现： 由外加负电源提供关断电流。由外加负电源提供关断电流。 由储能电容器提供关断能量。由储能电容器提供关断能量。 关断电路输出级功率元件：关断电路输出级功率元件： SCR、GTR、MOSFET门控

10、电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-20 用用SCR关断关断GTO的门控电路：的门控电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-21 用用GTR关断关断GTO的门控电路：的门控电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-22 用用MOSFET关断关断GTO的门控电路：的门控电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-23 场控型器件，驱动简单，驱动功率小。场控型器件，驱动简单，驱动功率小。 基本控制原理：基本控制原理： 开通：为栅极电容提供充电电流。开通：为栅极电容提供充电电流。 关断：为栅极

11、电容提供放电回路。关断：为栅极电容提供放电回路。 为了提高开关频率，减小开通、关断时间，为了提高开关频率，减小开通、关断时间， 充电、放电电流不能太小。充电、放电电流不能太小。门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-24 驱动电路形式：驱动电路形式： 直接驱动直接驱动 隔离驱动（变压器隔离、光耦隔离）隔离驱动（变压器隔离、光耦隔离） 两种直接驱动电路：两种直接驱动电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-25 脉冲变压器隔离的驱动电路：脉冲变压器隔离的驱动电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-26 光耦隔离的驱动电路：光耦隔离的驱动电路：门控电路 March 30, 2000北方交通大学电气工程系8-27 对对IGBT驱动电路的基本要求：驱动电路的基本要求： 提供一定的正向和反向驱动电压，提供一定的正向和反向驱动电压， 提供足够大