器件的驅(qū)動PPT課件

1、電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 驅(qū)動電路主電路與控制電路之間的接口 性能良好的驅(qū)動電路，可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)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運行效率，可靠性和安全性都有重要意義。 器件的驅(qū)動電路除完成驅(qū)動功能外，往往還完成故障保護(hù)和電氣隔離。9.1.1第1頁/共25頁9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 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,用于數(shù)十khz以下 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器,最高可達(dá)幾MHZERERERa)b)c)UinUoutR1IC

2、IDR1R1圖9-1 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型第2頁/共25頁9.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述按照驅(qū)動信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。分類分類第3頁/共25頁晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門限觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路滿足下列要求：9.1.

3、2 1. 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。對感性和反電勢負(fù)載用寬觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。對感性和反電勢負(fù)載用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于60度或采用相隔度或采用相隔60度的雙窄度的雙窄脈沖。脈沖。 2. 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件觸發(fā)電流的大為器件觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達(dá)倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達(dá)1-2A/us。 3. 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)。不超過門極電壓、電流和

4、功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 4. 應(yīng)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。應(yīng)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。第4頁/共25頁晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 可控硅常見觸發(fā)驅(qū)動電路： b1端高壓V1通-V2導(dǎo)通脈沖變壓器初級電流通過脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上正下負(fù)）VD2導(dǎo)通通過R4限流輸出正脈沖 b1端低電平V1截止V2截止TM脈沖變壓器初級經(jīng)過R3和VD，構(gòu)成反方向電流通過脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上負(fù)，下正）VD2截止無脈沖輸出圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時間（光耦通電流V2導(dǎo)通V3截止V4通V5通，V6截止通過C2，R5

5、在GTR基極加入脈沖電流 A端低電平光耦不通V2截止V3導(dǎo)通V4，V5截止V6導(dǎo)通通過VD4，R5，GTR基極反向抽流，加速GTR截止圖9-7GTR的一種驅(qū)動電路9.1.3VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2第7頁/共25頁典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路2. 電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路 電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件 電力MOSFET和IGBT的柵射極之間都有數(shù)百至數(shù)千皮法的極間電容，為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻。 MOSFET柵極驅(qū)動電壓一般取10-15V。IGBT取15-2

6、0V 關(guān)斷時施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動電壓（-5 -15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。 在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。9.1.3電力MOSFET的一種驅(qū)動電路A+-MOSFET20 V20 VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1- VCC+ VCC第8頁/共25頁典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路9.1.3 圖中A為高速放大器，V2和V3構(gòu)成圖騰柱輸出驅(qū)動電路。背靠背反串穩(wěn)壓管用于MOSFET門極保護(hù)。 工作原理分析如下： Ui無信號V1截止放大器A輸出負(fù)電平V3通MOSFET柵極反向抽流，加速關(guān)斷 Ui有信號光耦通V1通放大器輸出正電平V2通+Vcc-V2-R2

7、構(gòu)成通路向MOSFET柵極充電，加速MOSFET導(dǎo)通 實際應(yīng)用如功率器件的用量較大或可靠性要求較高，可選用集成驅(qū)動電路 如驅(qū)動GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL 驅(qū)動MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110 驅(qū)動IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。第9頁/共25頁電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù) 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 9.2.2 過電流保護(hù) 9.2.3 緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2在電力電子電路中，

8、除了主電路設(shè)計正確，電力在電力電子電路中，除了主電路設(shè)計正確，電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，du/dt保護(hù)保護(hù)和和di/dt保護(hù)是必要的。保護(hù)是必要的。 第10頁/共25頁過電壓的產(chǎn)生分外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類: 1.外因過電壓：a. 操作過電壓 b雷擊過電壓 2.內(nèi)因過電壓：a. 換相過電壓 b. 關(guān)斷過電壓過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 9.2.1 第11頁/共25頁過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過電壓外因過電

9、壓和內(nèi)因過電壓 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因 (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 (2) 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 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓 (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，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。 9.2.1 第12頁/共25頁 過電壓和抑制措施及配置如圖9-10所示。 過壓抑制的種類： a.RC電路 b.壓敏電阻 c.RD

10、C電路圖9-10過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路 9.2.1 SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC第13頁/共25頁過電流保護(hù)過電流保護(hù)過電流過載和短路兩種情況 常用措施（圖9-13）電力電子裝置運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種，圖9-13給出了各種過電流保護(hù)措施及其配置位量。圖9-13過電流保護(hù)措施

11、及配置位置9.2.2負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器第14頁/共25頁一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護(hù)措施： a 電子電路過流保護(hù)電路，就近保護(hù)功率器件，如SCR，GTR，MOSFET b 快速熔斷器：電子保護(hù)不起作用時，由快速熔斷完成 c 交流斷路器，前兩種保護(hù)不起作用，由交流熔斷器完成切斷電路。這種保護(hù)最徹底，但速度較慢。過電流保護(hù)過電流保護(hù)9.2.2第15頁/共25頁 緩沖電路又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、du/dt電壓上升率、di/dt電流上升率，減小器件的開關(guān)

12、損耗 緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3第16頁/共25頁 A. 關(guān)斷緩沖電路又稱du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷電壓和換相過電壓，抑制du/dt上升率，減小關(guān)斷損耗，典型由RDC元件構(gòu)成。 B. 開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗，典型由RDL器件構(gòu)成。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路 b) 波形緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3a

13、)b)RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制電路無時didt抑制電路有時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC第17頁/共25頁關(guān)斷時的負(fù)載曲線 圖9-15關(guān)斷時的負(fù)載線無緩沖電路時：uCE迅速升，L感應(yīng)電壓使VD通，負(fù)載線從A移到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移到C。有緩沖電路時：Cs分流使iC在uCE開始上升時就下降，負(fù)載線經(jīng)過D到達(dá)C。負(fù)載線ADC安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損耗大大降低。緩沖電路（緩沖電路（Snubber CircuitSnubber Circuit）9.2.3在無緩沖電路的情況下，絕緣柵雙極在無緩

14、沖電路的情況下，絕緣柵雙極管管V開通電流迅速上升，開通電流迅速上升，di/dt很大，很大，也就是所承受的電流應(yīng)力很大。也就是所承受的電流應(yīng)力很大。IGBT關(guān)斷時的關(guān)斷時的du/dt很大，并出現(xiàn)很很大，并出現(xiàn)很高的過電壓，也就是說所承受的電壓高的過電壓，也就是說所承受的電壓應(yīng)力很大。應(yīng)力很大。無緩沖電路情況下，器件工作在負(fù)載無緩沖電路情況下，器件工作在負(fù)載線線A-B-C，器件開關(guān)損耗很大，可，器件開關(guān)損耗很大，可能超安全工作區(qū)。能超安全工作區(qū)。有緩沖電路時，器件工作在負(fù)載線有緩沖電路時，器件工作在負(fù)載線A-D-C，器件開關(guān)損耗很小，工作在，器件開關(guān)損耗很小，工作在安全區(qū)內(nèi)。安全區(qū)內(nèi)。 ADCB無

15、緩沖電路有緩沖電路uCEiCO第18頁/共25頁9.2.39.2.3 緩沖電路緩沖電路充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖9-14di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a) 電路其中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。圖9-16另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路第19頁/共25頁9.3 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用第20頁/共25頁9.3.1 晶閘管的串聯(lián)問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分

16、壓不等。動態(tài)不均壓：由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。目的目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。第21頁/共25頁9.3.1 晶閘管的串聯(lián)靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖9-17晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施動態(tài)均壓措施動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。采用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間的差異。第22頁/共25頁9.3.2 晶閘管的并聯(lián)問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。 均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。當(dāng)需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。目的目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電