電力電子器件的門極控制電路

1、門控電路 March 30, 20008-1 電力電子裝置主電路、控制電路電力電子裝置主電路、控制電路 控制電路的作用：控制電路的作用： 將給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為主電路開關(guān)器件所需的觸將給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為主電路開關(guān)器件所需的觸發(fā)脈沖信號(hào)，以使主電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。發(fā)脈沖信號(hào)，以使主電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。門控電路 March 30, 20008-2 控制電路的構(gòu)成：控制電路的構(gòu)成： 控制電源控制電源 控制脈沖產(chǎn)生電路控制脈沖產(chǎn)生電路 門極控制電路門極控制電路 同步信號(hào)產(chǎn)生電路同步信號(hào)產(chǎn)生電路 檢測(cè)、反饋電路檢測(cè)、反饋電路 保護(hù)電路保護(hù)電路 顯示、報(bào)警電路顯示、報(bào)警電路門控電路 March 30, 20008-3

2、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 掌握晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求，了解晶體管掌握晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求，了解晶體管移相觸發(fā)電路及同步電源的選擇，掌握移相觸發(fā)電路及同步電源的選擇，掌握GTO、IGBT、MOSFET等器件對(duì)觸發(fā)電路等器件對(duì)觸發(fā)電路的要求。的要求。 重點(diǎn)：重點(diǎn)： 掌握掌握IGBT觸發(fā)電路。觸發(fā)電路。門控電路 March 30, 20008-4 觸發(fā)脈沖的作用：觸發(fā)脈沖的作用： 決定晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻，提供門極觸發(fā)電流。決定晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻，提供門極觸發(fā)電流。 觸發(fā)脈沖參數(shù)要求：觸發(fā)脈沖參數(shù)要求： 觸發(fā)電流觸發(fā)電流大于額定值，保證可靠觸發(fā)大于額定值，保證可靠觸發(fā) 觸發(fā)脈沖寬度觸發(fā)脈沖寬度使陽(yáng)極電流

3、大于擎住電流使陽(yáng)極電流大于擎住電流 強(qiáng)觸發(fā)強(qiáng)觸發(fā)提高提高di/dt的承受能力的承受能力 觸發(fā)功率觸發(fā)功率需要功率放大電路需要功率放大電路門控電路 March 30, 20008-5 觸發(fā)脈沖形式要求：觸發(fā)脈沖形式要求： 正向脈沖正向脈沖門極對(duì)陰極為正電壓門極對(duì)陰極為正電壓 脈沖形式脈沖形式寬脈沖、窄脈沖、脈沖列寬脈沖、窄脈沖、脈沖列 與主電路同步與主電路同步保持固定相位關(guān)系保持固定相位關(guān)系 與主電路隔離與主電路隔離高、低壓電源隔離高、低壓電源隔離 抗干擾能力抗干擾能力防止誤觸發(fā)防止誤觸發(fā)門控電路 March 30, 20008-6 控制電壓控制電壓 UK - 觸發(fā)角觸發(fā)角 - 輸出電壓輸出電壓

4、Ud 垂直移相原理：垂直移相原理： 同步信號(hào)同步信號(hào)uT與與UK的交點(diǎn)決定觸發(fā)時(shí)刻的交點(diǎn)決定觸發(fā)時(shí)刻 UK垂直移動(dòng)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)相位變化垂直移動(dòng)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)相位變化(移相移相)門控電路 March 30, 20008-7 垂直移相方式：垂直移相方式： 串聯(lián)垂直移相串聯(lián)垂直移相 并聯(lián)垂直移相并聯(lián)垂直移相門控電路 March 30, 20008-8 同步信號(hào)為正弦波的移相觸發(fā)電路同步信號(hào)為正弦波的移相觸發(fā)電路 基本環(huán)節(jié)：同步移相環(huán)節(jié)、脈沖形成環(huán)節(jié)基本環(huán)節(jié)：同步移相環(huán)節(jié)、脈沖形成環(huán)節(jié) 功率放大環(huán)節(jié)、隔離輸出環(huán)節(jié)功率放大環(huán)節(jié)、隔離輸出環(huán)節(jié)門控電路 March 30, 20008-9門控電路 March 30

5、, 2000*8-10 uT的選擇原則：的選擇原則：UK=0時(shí)，時(shí)，Ud=0，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng) =90 門控電路 March 30, 2000*8-11 UK 與與 uT 沒(méi)有交點(diǎn)，觸發(fā)脈沖丟失沒(méi)有交點(diǎn)，觸發(fā)脈沖丟失 防止方法：信號(hào)合成，限制防止方法：信號(hào)合成，限制 min 、 min 。門控電路 March 30, 2000*8-12 同步信號(hào)為鋸齒波的移相觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的移相觸發(fā)電路 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 鋸齒波同步信號(hào)不受鋸齒波同步信號(hào)不受 電網(wǎng)波動(dòng)影響電網(wǎng)波動(dòng)影響 UK 與與 成線性關(guān)系成線性關(guān)系門控電路 March 30, 2000*8-13 同步信號(hào)選擇原則：同步信號(hào)選擇原則： 使使U

6、K = 0 時(shí)，時(shí)，Ud = 0。 選擇依據(jù)：選擇依據(jù)： 整流電路形式整流電路形式 觸發(fā)電路形式觸發(fā)電路形式 變壓器接線形式變壓器接線形式門控電路 March 30, 2000*8-14 例一：三相全控橋、正弦波觸發(fā)電路例一：三相全控橋、正弦波觸發(fā)電路 UK = 0 時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)，對(duì)應(yīng) = 90 同步信號(hào)滯后于陽(yáng)極電壓同步信號(hào)滯后于陽(yáng)極電壓 120 T1管：管： 陽(yáng)極電壓：陽(yáng)極電壓：ua 同步信號(hào)：同步信號(hào)：uT1= ub T2管：管： 陽(yáng)極電壓：陽(yáng)極電壓： uc 同步信號(hào)：同步信號(hào)：uT2 = ua門控電路 March 30, 2000*8-15 例二：三相全控橋、鋸齒波觸發(fā)電路例二：三相全控

7、橋、鋸齒波觸發(fā)電路 原則：鋸齒波起點(diǎn)原則：鋸齒波起點(diǎn)對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) = 0 ， 即即 uT 的的180 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) ua 的的30 同步信號(hào)超前于陽(yáng)極電壓同步信號(hào)超前于陽(yáng)極電壓 150 主變壓器接線形式：主變壓器接線形式： /Y 11 同步變壓器接線形式：同步變壓器接線形式：Y/Y 12/6門控電路 March 30, 2000*8-16 同步信號(hào)與陽(yáng)極電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系：同步信號(hào)與陽(yáng)極電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系： 晶閘管晶閘管 ： T1 T2 T3 T4 T5 T6 陽(yáng)極電壓：陽(yáng)極電壓： +ua uc +ub ua +uc ub 同步信號(hào)：同步信號(hào)： uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb門控電路 Mar

8、ch 30, 2000*8-17 GTO門控電路的特點(diǎn)：門控電路的特點(diǎn)： GTO的開通、關(guān)斷分別由開通電路、關(guān)斷的開通、關(guān)斷分別由開通電路、關(guān)斷電路完成。電路完成。 開通過(guò)程與開通過(guò)程與SCR相似。相似。 維持導(dǎo)通需加正向偏置電流。維持導(dǎo)通需加正向偏置電流。 關(guān)斷時(shí)需要足夠大的關(guān)斷電流及能量。關(guān)斷時(shí)需要足夠大的關(guān)斷電流及能量。門控電路 March 30, 2000*8-18門控電路 March 30, 2000*8-19 GTO的主要缺點(diǎn)：的主要缺點(diǎn)： 關(guān)斷電流大，約為陽(yáng)極電流的關(guān)斷電流大，約為陽(yáng)極電流的 20% 33% 控制電路復(fù)雜，控制電路復(fù)雜，GTO易燒損。易燒損。 關(guān)斷電路的實(shí)現(xiàn)：關(guān)斷

9、電路的實(shí)現(xiàn)： 由外加負(fù)電源提供關(guān)斷電流。由外加負(fù)電源提供關(guān)斷電流。 由儲(chǔ)能電容器提供關(guān)斷能量。由儲(chǔ)能電容器提供關(guān)斷能量。 關(guān)斷電路輸出級(jí)功率元件：關(guān)斷電路輸出級(jí)功率元件： SCR、GTR、MOSFET門控電路 March 30, 2000*8-20 用用SCR關(guān)斷關(guān)斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-21 用用GTR關(guān)斷關(guān)斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-22 用用MOSFET關(guān)斷關(guān)斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-23 場(chǎng)控型器件，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率小。場(chǎng)控型器件，驅(qū)動(dòng)

10、簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率小。 基本控制原理：基本控制原理： 開通：為柵極電容提供充電電流。開通：為柵極電容提供充電電流。 關(guān)斷：為柵極電容提供放電回路。關(guān)斷：為柵極電容提供放電回路。 為了提高開關(guān)頻率，減小開通、關(guān)斷時(shí)間，為了提高開關(guān)頻率，減小開通、關(guān)斷時(shí)間， 充電、放電電流不能太小。充電、放電電流不能太小。門控電路 March 30, 20008-24 驅(qū)動(dòng)電路形式：驅(qū)動(dòng)電路形式： 直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng) 隔離驅(qū)動(dòng)（變壓器隔離、光耦隔離）隔離驅(qū)動(dòng)（變壓器隔離、光耦隔離） 兩種直接驅(qū)動(dòng)電路：兩種直接驅(qū)動(dòng)電路：門控電路 March 30, 2000*8-25 脈沖變壓器隔離的驅(qū)動(dòng)電路：脈沖變壓器隔離的驅(qū)動(dòng)電路：門控電路 March 30, 2000*8-26 光耦隔離的驅(qū)動(dòng)電路：光耦隔離的驅(qū)動(dòng)電路：門控電路 March 30, 2000*8-27 對(duì)對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求：驅(qū)動(dòng)電路的基本要求： 提供一定的正向和反向驅(qū)動(dòng)電壓，提供一定的正向和反向驅(qū)動(dòng)電壓， 提供足夠大的瞬時(shí)