1、1.6 電力電子器件的驅(qū)動,1.6.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述 1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路 1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,1,1.6.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述,驅(qū)動電路主電路與控制電路之間的接口,使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。 對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)。,驅(qū)動電路的基本任務(wù)：,將信息電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號。 對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供

2、關(guān)斷控制信號。,2,驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器,圖1-25 光耦合器的類型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型,1.6.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述,3,按照驅(qū)動信號的性質(zhì)，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。 驅(qū)動電路具體形式可以是分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。,分類,1.6.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述,4,1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路,晶閘管的觸發(fā)電路作用,產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。,晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：,脈

3、沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。 不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。,5,V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。 脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。 V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。,圖1-27 常見的晶閘管觸發(fā)電路,常見的晶閘管觸發(fā)電路,1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路,6,1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,1) 電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路,GTR驅(qū)動電路應(yīng)滿足下列要求：,開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 關(guān)斷GTR時(shí)，施加

4、一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。 關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。,7,圖1-31 GTR的一種驅(qū)動電路,GTR驅(qū)動電路包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。,驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。,1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,8,為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。 使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般1015V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15 20V。 關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓（一般取-5 -15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻，可以減小寄生

5、振蕩。,2) 電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路,1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路應(yīng)滿足下列要求：,電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。,9,1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,(1) 電力MOSFET的一種驅(qū)動電路 電氣隔離和晶體管放大電路兩部分,專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和-10V。,圖1-32 電力MOSFET的一種驅(qū)動電路,10,(2) IGBT的驅(qū)動,常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M57959L）和富士公

6、司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。,多采用專用的混合集成驅(qū)動器。,1.6.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路,11,1.7 電力電子器件的保護(hù),1.7.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 1.7.2 過電流保護(hù) 1.7.3 緩沖電路,12,1.7.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù),外因過電壓：主要來自系統(tǒng)操作過程和雷擊等外因 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 雷擊過電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后，不能立即恢復(fù)阻斷能力，有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)阻斷能力后，反向

7、電流急劇減小，會因線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。,電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓,13,電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。,1.7.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù),過電壓保護(hù)措施,14,圖1-34 過電壓抑制措施及配置位置,1.7.2 過電流保護(hù),過電流過載和短路兩種情況 保護(hù)措施,同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。 電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分 區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動作

8、之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。,15,對一些重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或者工作頻率較高、很難用快速熔斷器保護(hù)的全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。 常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，這對器件過電流響應(yīng)是最快 。,1.7.2 過電流保護(hù),16,1.7.3 緩沖電路,關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。 開通緩沖電路（di/dt抑制電路）抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。 復(fù)合緩沖電路關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。 通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做d

9、i/dt抑制電路。,緩沖電路(Snubber Circuit) ： 又稱吸收電路，其作用是抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt或者過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。,17,1.7.3 緩沖電路,緩沖電路作用分析,充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。,18,另外兩種常用的緩沖電路 RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。,1.7.3 緩沖電路,19,圖1-40 另外兩種常用的緩沖電路,圖1-42電力電子器件分類“樹”,本章小結(jié),主要內(nèi)容 介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等。 集中討論電力電子器件的驅(qū)動、保護(hù)。,電力

10、電子器件類型歸納 單極型：電力MOSFET 雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR 復(fù)合型：IGBT,20,本章小結(jié),特點(diǎn)：輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，工作頻率高。 電流驅(qū)動型：雙極型器件 特點(diǎn)：具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因而通態(tài)壓降低，導(dǎo)通損耗小，但工作頻率較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路較復(fù)雜。,電壓驅(qū)動型：單極型器件和復(fù)合型器件,21,IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV / 1.8kA，兆瓦以下首選。仍在不斷發(fā)展，與IGCT等新器件激烈競爭，試圖在兆瓦以上取代GTO。 GTO：兆瓦以上首選，制造水平6kV / 6kA。 光控晶閘管：功率更大場合，8kV/3.5kA，裝置最高達(dá)300MVA，容量