第1章 電力電子器件概述

1、1-1半控型器件（半控型器件（Thyristor） 通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。全控型器件全控型器件（IGBT,MOSFET) ) 通過控制信號既可控制其導通又可控制其關 斷，又稱自關斷器件。不可控器件不可控器件( (Power Diode) ) 不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需要驅動電路。1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：1-2電流驅動型電流驅動型 通過從控制端注入或者抽出電流來實現導通或者 關斷的控制。電壓驅動型電壓驅動型 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可

2、實現導通或者關斷的控制。1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 按照驅動電路信號的性質，分為兩類：按照驅動電路信號的性質，分為兩類：1-31.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關斷時間數百微秒，快速晶閘管數十微秒，高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，不能忽略其開關損耗的發(fā)熱效應。1 1）快速晶閘管快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)1-41.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2 2）雙向晶雙向晶閘管閘

3、管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）圖1-10 雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可認為是一對反并聯聯接的普通晶閘管的集成。有兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第和第III象限有對稱的伏安特性。不用平均值而用有效值不用平均值而用有效值來表示其額定電流值來表示其額定電流值。DATASHEET1-51.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件3) 逆導晶閘管逆導晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG

4、=0圖1-11 逆導晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性將晶閘管反并聯一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優(yōu)點。1-61.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件4) 光控晶閘光控晶閘管（管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光強度強弱b)OUIA圖1-12 光控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場

5、合。1-71.4 典型全控型器件典型全控型器件1-81.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現。20世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。典型代表門極可關斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR、電力場效應晶體管P-MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT。1-91.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言常用的常用的典型全控型器件典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊1-101.4.1 門極可關斷晶閘門極可關斷晶閘管管晶閘管的一種派生器件。可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷。GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上

6、的大功率場合仍有較多的應用。門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）1-111.4.1 門極可關斷晶門極可關斷晶閘管閘管結構結構：與普通晶閘管的相同點相同點： PNPN四層四層半導體結構，外部引出三端三端“陽極A、陰極K和門極G”。和普通晶閘管的不同點不同點：GTO是一種多元多元的功率集成器件的功率集成器件。c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK圖1-13 GTO的內部結構和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯單元結構斷面示意圖1）GTO的結構和工作原理的結構和工作原理1-121.4.1 門極可

7、關斷晶閘門極可關斷晶閘管管工作原理工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型雙晶體管模型來分析。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 1 1+ + 2 2=1=1是器件臨界導通的條件。是器件臨界導通的條件。由P1N1P2和N1P2N2構成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益 1 1和 2 2 。1-131.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別區(qū)別：設計2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO。導通時1+

8、2更接近1，導通時接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大。 多元集成結構多元集成結構，使得P2基區(qū)橫向電阻很小橫向電阻很小，能從門極抽抽出出較大電流。 RN PNPN PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b)圖1-7 晶閘管的工作原理1-141.4.1 門極可關斷晶閘門極可關斷晶閘管管GTO導通過程與普通晶閘管一樣，只是導通時飽和飽和程度較淺程度較淺。GTO關斷過程關斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和正反饋使器件退出飽和而關斷。多元集成結構多元集成結構還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dtdi/dt能力強 。 由上述分析我們可以得到以下結論結論：1-151.

9、4.1 門極可關斷門極可關斷晶閘管晶閘管（3）最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO（4） 電流關斷增益電流關斷增益 off off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關斷時門極負脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值IGM之比（1-8）GMATOoffII1-161.4.2 電力晶體管電力晶體管電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。耐 高 電 壓 、 大 電 流 的 雙 極 結 型 晶 體 管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時候也稱為

10、Power BJT。 應用：應用：20世紀80年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術語用法術語用法：1-17與普通的雙極結型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結構。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯而成 。1.4.2 電力晶體管電力晶體管1）GTR的結構和工作原理的結構和工作原理圖1-15 GTR的結構、電氣圖形符號和內部載流子的流動 a) 內部結構斷面示意圖 b) 電氣圖形符號 c) 內部載流子的流動1-181.4.2 電力晶體管電力晶體管在應用中，GTR一般采用共發(fā)射

11、極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為（1-9） GTR的電流放大系數電流放大系數，反映了基極電流對集電極電流的控制能力 。單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可有效增大電流增益。bcii空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ )ib1）GTR的結構和工作原理的結構和工作原理1-191.4.2 電力晶體管電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)截止區(qū)、放大區(qū)放大區(qū)和飽飽和區(qū)和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關狀態(tài)。截止區(qū)截止區(qū)、飽和飽和區(qū)區(qū)在開關過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經過放大區(qū)。但是，工作在開

12、關狀態(tài)！截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2ib3Uce圖1-16 共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2）GTR的基本特性的基本特性1-201.4.2 電力晶體管電力晶體管一次擊穿一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大。只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。 二次擊穿二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導致器件的永久（熱）損壞，或者工作特性明顯衰變 。安全工作區(qū)安全工作區(qū)SOA最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖1-18 GTR的安

13、全工作區(qū)4) GTR的二次擊穿現象與安全工作區(qū)的二次擊穿現象與安全工作區(qū)1-211.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管分為結型結型和絕緣柵型絕緣柵型通常主要指絕緣柵型絕緣柵型中的MOSMOS型型（Metal Oxide Semiconductor FET）。簡稱電力MOSFET（Power MOSFET） 特點特點用柵極電壓來控制漏極電流驅動電路簡單，需要的驅動功率小。開關速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。電力場效應晶體管電力場效應晶體管1-221.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管電力電力MOSFET的種類

14、的種類 按導電溝道可分為P溝道溝道和N溝道溝道。 耗盡型耗盡型當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道。 增強型增強型對于N（P）溝道溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道。 電力MOSFET主要是N溝道增強型溝道增強型。1）電力）電力MOSFET的結構和工作原理的結構和工作原理1-231.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管電力電力MOSFET的結構的結構是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同，但結構上有較大區(qū)別。采用多元集成結構，不同的生產廠家采用了不同設計。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結

15、構和電氣圖形符號1-241.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管小功率MOS管是橫向導電器件。電力MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET。電力電力MOSFET的結構的結構1-251.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結J1反偏，漏源極之間無電流流過。導電導電：在柵源極間加正電壓UGS 當UGS大于UT時，P型半導體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電

16、力MOSFET的結構和電氣圖形符號電力電力MOSFET的工作原理的工作原理1-261.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系的關系稱為MOSFET的轉移特性轉移特性。ID較大時，ID與與UGS的關系近似線性，曲線的斜率定義為跨導跨導Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖1-20 電力MOSFET的轉移特性和輸出特性 a) 轉移特性 b) 輸出

17、特性2）電力）電力MOSFET的基本特性的基本特性1-271.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管截止區(qū)截止區(qū)（對應于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)飽和區(qū)（對應于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)非飽和區(qū)（對應GTR的飽和區(qū)）工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。圖1-20電力MOSFET的轉移特性和輸出特性 a) 轉移特性 b) 輸出特性MOSFET的漏極伏安特性的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)10 20 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID

18、/A1-281.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管開關時間在10100ns之間，工作頻率工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的！（器件容量最?。┳罡叩模。ㄆ骷萘孔钚。?場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中僅需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。 開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。MOSFET的開關速度的開關速度1-291.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補短結合而成的復合器件絕緣柵雙極晶體管IGBTGTR和MOSFET復合，結合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設備的主導器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO

19、的地位。 GTR和GTO的特點雙極型，電流驅動，有電導調制效應，通流能力很強，開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。 MOSFET的優(yōu)點單極型，電壓驅動，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。1-301.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管1) IGBT的結構和工作原理的結構和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入區(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a) 內部結構斷面示意圖 b) 簡化

20、等效電路 c) 電氣圖形符號1-311.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 驅動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導導通通：uGE大于開啟電壓開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。通態(tài)壓降通態(tài)壓降：電導調制效應使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關斷關斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。 IGBT的原理的原理1-32a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加1.4.4 絕緣柵雙

21、極晶體管絕緣柵雙極晶體管2) IGBT的基本特性的基本特性 (1) IGBT的靜態(tài)特性的靜態(tài)特性圖1-23 IGBT的轉移特性和輸出特性a) 轉移特性 b) 輸出特性轉移特性轉移特性IC與UGE間的關系(開啟電開啟電壓壓UGE(th)輸出特性輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。1-331.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數特點可以總結如下的特性和參數特點可以總結如下：開關速度高，開關損耗小。 相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且 具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET低。（GTR特點）輸 入 阻 抗 高 ， 輸 入 特 性 與 M

22、O S F E T 類 似 。（ MOSFET特點）與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關頻率高的特點 。 1-341.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管擎住效應或自鎖效應擎住效應或自鎖效應： IGBT往往與反并聯的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導器件 。最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。 反向偏置安全工作區(qū)反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。 正偏安全工作區(qū)正偏安全工作區(qū)（FBSOA）動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流小。擎住效應曾限制IGBT電流

23、容量提高，20世紀90年代中后期開始逐漸解決。NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。1-351.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件1-361.5.1 MOS控制晶閘管控制晶閘管MCTMCT結合了二者的優(yōu)點：承受極高di/dt和du/dt，快速的開關過程，開關損耗小。高電壓，大電流、高載流密度，低導通壓降。一個MCT器件由數以萬計的MCT元組成。每個元的組成為：一個PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關斷的MOSFE

24、T。其關鍵技術問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠未達到預期的數值，未能投入實際應用。MCTMOSFET與晶閘管的復合與晶閘管的復合1-371.5.2 靜電感應晶體管靜電感應晶體管SITSIT工作頻率與電力MOSFET相當，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場合。在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等領域獲得應用。缺點缺點：柵極不加信號時導通，加負偏壓時關斷，稱為正常導通正常導通型型器件，使用不太方便。通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數電力電子設備中得到廣泛應用。SIT結型場效應晶體管1-381.5.3 靜電感應晶閘管靜電感應晶閘管SITHSITHSI

25、TH通態(tài)壓降低、通流能力強。其很多特性與GTO類似，但開關速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。 SITH一般也是正常導通型，但也有正常關斷型。此外，電流關斷增益較小，因而其應用范圍還有待拓展。SITH場控晶閘管1-391.5.4 集成門極換流晶閘集成門極換流晶閘管管IGCTIGCT20世紀90年代后期出現，結合了IGBT與GTO的優(yōu)點，容量與GTO相當，開關速度快10倍?？墒∪TO復雜的緩沖電路，但驅動功率仍很大驅動功率仍很大。目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。1-401.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路20世紀80年代中后期

26、開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊功率模塊?？煽s小裝置體積，降低成本，提高可靠性。對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對保護和緩沖電路的要求。將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路功率集成電路（Power Integrated CircuitPIC）。基本概念基本概念1-411.5.5 功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路高壓集成電路高壓集成電路HVIC。智能功率集成電路智能功率集成電路SPIC。智能功率模塊智能功率模塊IPM。實際應用實際應用電路電路1-421.6 電力電子器件器件的驅動電力電子

27、器件器件的驅動驅動電路驅動電路觸發(fā)電路觸發(fā)電路全控全控驅動電路驅動電路1-431.6.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現。驅動電路的驅動電路的基本任務基本任務：按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。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，又要提供關斷控制信號。驅動電路驅動電路主電路與控制電路之間的接口1-441.6.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述 驅動電路還要提

28、供控制電路與主電路之間的電電氣隔離氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1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1-451.6.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述按照驅動信號的性質分，可分為電流驅動型電流驅動型和電壓驅動型電壓驅動型。驅動電路具體形式可為分立元件分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路專用集成驅動電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合集成電路。為達到參數最佳配合

29、，首選所用器件生產廠家專門開發(fā)的集成驅動電路。分類分類1-461.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用作用：產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：（基本要求）：（基本要求）脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。-足夠的寬度。觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。除非電壓、電流有一定的過沖，但是又不超過門極電壓、電流和功率定額。在可靠觸發(fā)區(qū)域之內。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。有一定的移相范圍。tIIMt1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時間（1s）t1t3強脈寬

30、度IM強脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路1-471.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路V1、V2構成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環(huán)節(jié)。 V1、V2導通時，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)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路1-481.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(1) GTOGTO的開通控制開通控制與普通晶閘管相似。GTO關斷控制關斷控制需施加負門極電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOu

31、GiG1) 電流驅動型器件的驅動電路電流驅動型器件的驅動電路正的門極電流5V的負偏壓GTO驅動電路通常包括開通驅動電路開通驅動電路、關斷驅關斷驅動電路動電路和門極反偏電路門極反偏電路三部分，可分為脈沖變脈沖變壓器耦合式壓器耦合式和直接耦合直接耦合式式兩種類型。1-491.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29 典型的直接耦合式GTO驅動電路1-501.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路開通驅動電流應使GTR處于準準飽和飽和導通狀態(tài)，使

32、之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關斷GTR時，施加一定的負負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（一定幅值（6V左右）的負偏左右）的負偏壓壓。tOib 圖1-30 理想的GTR基極驅動電流波形(2) GTR1-511.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離電氣隔離和晶體管放大電路放大電路兩部分。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖1-31GTR的一種驅動電路驅動GTR的集成驅動電路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M5721

33、5BL較為常見。1-521.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件電壓驅動型器件。為快速建立驅動電壓，要求驅動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅動電壓一般1015V，使IGBT開通的驅動電壓一般15 20V。關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般取-5 -15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極柵極串入一只低值電阻低值電阻可以減小寄生振蕩。2) 電壓驅動型器件的驅動電路電壓驅動型器件的驅動電路1-531.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(1) 電力電力MOSFET的一種驅動電路：電氣隔離電氣隔離和晶體管放

34、大電路晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅動電路專為驅動電力MOSFET而設計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，輸出驅動電壓+15V和-10V。 1-541.6.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(2) IGBT的驅動的驅動圖1-33M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。 多采用專用的混合集成驅動器。1-551.7 電力電子器件器件

35、的保護電力電子器件器件的保護1-561.7.1 過電壓的產生及過電壓保護過電壓的產生及過電壓保護外因過電壓：外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓外因過電壓和內因內因過電壓過電

36、壓1-571.7.1 過電壓的產生及過電壓保護過電壓的產生及過電壓保護過電壓保護措施過電壓保護措施圖1-34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靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側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RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路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為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。1-581.7.2 過電流保護過電流保護過電流過載過載和短路短路兩種情況保護措施負載觸發(fā)電路開關電路過電流繼電器交流

37、斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護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同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分 區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流保護措施及配置位置1-591.7.2 過電流保護過電流保護全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快 ?？烊蹖ζ骷谋Ｗo方式：全保護全保護和短路保護短路