第7章 电力电子器件驱动电路

1、7.1 电力电子器件器件的驱动电力电子器件器件的驱动7.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路驱动电路主电路与控制电路之间的接口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驱动电路的基本任务：按控制目标的要求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。7.1.1 电力电子器件驱动电路概述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电

2、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 磁隔离的元件通常是脉冲变压器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1图7-1 光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型7.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述v按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型电流驱动型和电电压驱动型压驱动型。v驱动电路具体形式可为分立元件分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路专用集成驱动电路。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。分类分类7.1.2 晶闸管

3、的触发电路晶闸管的触发电路t晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路作用作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。 触发信号可为直流、交流或脉冲电压。由于晶闸管触发触发信号可为直流、交流或脉冲电压。由于晶闸管触发导通后，门极触发信号即失去控制作用，为了减小门导通后，门极触发信号即失去控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用而广泛采用脉冲触发信号脉冲触发信号。7.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路v晶闸管触发电路应满足下列晶闸管触发电路应满足下列要求要求：脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。

4、触发脉冲应有足够的幅度功率功率(触发触发电压和触发电流电压和触发电流) 。不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。tIIMt1t2t3t4图7-2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（2.5IGT2IGT）7.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路n触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。n在可控整流电路中，为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都在相同的控制角触发导通这就要求触发脉冲的

5、频率必须与阳极电压一致，且触发脉冲的前沿与阳极电压应保持固定的相位关系，这叫做触发脉冲与阳极电压同步。 7.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路npulse-transformern利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。n可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。7.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路npulse-transformern脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通1。右面铁心中磁

6、通2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证1为正弦波。 7.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路vV1、V2构成脉冲放大环节。v脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节。v V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。图7-3 常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路7.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路(1) GTOGTO的开通控制开通控制与普通晶闸管相似。GTO关断控制关

7、断控制需施加负门极电流。GTO驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。图7-4推荐的GTO门极电压电流波形OttOuGiG1) 电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路正的门极电流5V的负偏压7.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿。目前应用较广，但其功耗大，效率较低。图7-5 典型的直接耦合式GTO驱动电路+5V+15V-15V7.1.1 7.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述7.1.3 典型全控型器件

8、的驱动电路典型全控型器件的驱动电路开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。tOib 图7-6 理想的GTR基极驱动电流波形(2) GTR7.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2图7-7GTR的一种驱动电路 驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA40

9、02和三菱公司的M57215BL较为常见。7.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。使MOSFET开通的驱动电压一般1015V，使IGBT开通的驱动电压一般15 20V。关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-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可以减小寄生振荡。2) 电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路7.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路(1) 电力电力MOSFET的一种驱动电路：电气隔离电气隔离和晶体管放大电路晶体管放大电路两部分图7-8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。 7.1.3 典型全控型器件的