電力電子器件門極控制電路

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： 將給定信號轉換為主電路開關器件所需的觸將給定信號轉換為主電路開關器件所需的觸發(fā)脈沖信號，以使主電路實現(xiàn)相應功能。發(fā)脈沖信號，以使主電路實現(xiàn)相應功能。門控電路 March 30, 20008-2 控制電路的構成：控制電路的構成： 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 同步信號產(chǎn)生電路同步信號產(chǎn)生電路 檢測、反饋電路檢測、反饋電路 保護電路保護電路 顯示、報警電路顯示、報警電路門控電路 March 30, 20008-3

2、本章主要內容：本章主要內容： 掌握晶閘管對觸發(fā)電路的要求，了解晶體管掌握晶閘管對觸發(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等器件對觸發(fā)電路等器件對觸發(fā)電路的要求。的要求。 重點：重點： 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： 決定晶閘管導通時刻，提供門極觸發(fā)電流。決定晶閘管導通時刻，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)脈沖寬度使陽極電流

3、大于擎住電流使陽極電流大于擎住電流 強觸發(fā)強觸發(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陰極為正電壓門極對陰極為正電壓 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系保持固定相位關系 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： 同步信號同步信號uT與與UK的交點決定觸發(fā)時刻的交點決定觸發(fā)時刻 UK垂直移動，交點對應相位變化垂直移動，交點對應相位變化(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 同步信號為正弦波的移相觸發(fā)電路同步信號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，時，Ud=0，對應，對應 =90 門控電路 March 30, 2000*8-11 UK 與與 uT 沒有交點，觸發(fā)脈沖丟失沒有交點，觸發(fā)脈沖丟失 防止方法：信號合成，限制防止方法：信號合成，限制 min 、 min 。門控電路 March 30, 2000*8-12 同步信號為鋸齒波的移相觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的移相觸發(fā)電路 特點：特點： 鋸齒波同步信號不受鋸齒波同步信號不受 電網(wǎng)波動影響電網(wǎng)波動影響 UK 與與 成線性關系成線性關系門控電路 March 30, 2000*8-13 同步信號選擇原則：同步信號選擇原則： 使使U

6、K = 0 時，時，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，對應時，對應 = 90 同步信號滯后于陽極電壓同步信號滯后于陽極電壓 120 T1管：管： 陽極電壓：陽極電壓：ua 同步信號：同步信號：uT1= ub T2管：管： 陽極電壓：陽極電壓： uc 同步信號：同步信號：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：鋸齒波起點原則：鋸齒波起點對應對應 = 0 ， 即即 uT 的的180 對應對應 ua 的的30 同步信號超前于陽極電壓同步信號超前于陽極電壓 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 同步信號與陽極電壓對應關系：同步信號與陽極電壓對應關系： 晶閘管晶閘管 ： T1 T2 T3 T4 T5 T6 陽極電壓：陽極電壓： +ua uc +ub ua +uc ub 同步信號：同步信號： 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：門控電路的特點： GTO的開通、關斷分別由開通電路、關斷的開通、關斷分別由開通電路、關斷電路完成。電路完成。 開通過程與開通過程與SCR相似。相似。 維持導通需加正向偏置電流。維持導通需加正向偏置電流。 關斷時需要足夠大的關斷電流及能量。關斷時需要足夠大的關斷電流及能量。門控電路 March 30, 2000*8-18門控電路 March 30, 2000*8-19 GTO的主要缺點：的主要缺點： 關斷電流大，約為陽極電流的關斷電流大，約為陽極電流的 20% 33% 控制電路復雜，控制電路復雜，GTO易燒損。易燒損。 關斷電路的實現(xiàn)：關斷

9、電路的實現(xiàn)： 由外加負電源提供關斷電流。由外加負電源提供關斷電流。 由儲能電容器提供關斷能量。由儲能電容器提供關斷能量。 關斷電路輸出級功率元件：關斷電路輸出級功率元件： SCR、GTR、MOSFET門控電路 March 30, 2000*8-20 用用SCR關斷關斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-21 用用GTR關斷關斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-22 用用MOSFET關斷關斷GTO的門控電路：的門控電路：門控電路 March 30, 2000*8-23 場控型器件，驅動簡單，驅動功率小。場控型器件，驅動

10、簡單，驅動功率小。 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。 關斷：為柵極電容提供放電回路。關斷：為柵極電容提供放電回路。 為了提高開關頻率，減小開通、關斷時間，為了提高開關頻率，減小開通、關斷時間， 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 驅動電路形式：驅動電路形式： 直接驅動直接驅動 隔離驅動（變壓器隔離、光耦隔離）隔離驅動（變壓器隔離、光耦隔離） 兩種直接驅動電路：兩種直接驅動電路：門控電路 March 30, 2000*8-25 脈沖變壓器隔離的驅動電路：脈沖變壓器隔離的驅動電路：門控電路 March 30, 2000*8-26 光耦隔離的驅動電路：光耦隔離的驅動電路：門控電路 March 30, 2000*8-27 對對IGBT驅動電路的基本要求：驅動電路的基本要求： 提供一定的正向和反向驅動電壓，提供一定的正向和反向驅動電壓， 提供足夠大的瞬時