電力電子技術(shù)課件

電力電子技術(shù)緒論電力電子技術(shù)的內(nèi)容電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)要求1.電力電子技術(shù)的內(nèi)容電力電子學(xué),又稱功率電子學(xué)(PowerElectronics)。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對(duì)電能的變換和控制。（1）電力電子器件①根據(jù)其控制特性分：不可控型器件：如功率二極管。半控型器件：晶閘管及其大部分晶閘管派生器件屬于這一類器件。全控型器件：也稱為自關(guān)斷器件?？申P(guān)斷晶閘管、雙極型功率晶體管、功率場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極型晶體管等。（1）電力電子器件②按照內(nèi)部載流子的工作性質(zhì)分：單極型器件：導(dǎo)通時(shí)只有空穴或電子一種載流子導(dǎo)電的器件。功率場效應(yīng)晶體管，器件的特點(diǎn)主要是工作頻率高、導(dǎo)通壓降較大，單個(gè)器件容量較小。雙極型器件：導(dǎo)通時(shí)的載流子既有空穴也有電子導(dǎo)電的器件。功率二極管、晶閘管及派生器件、可關(guān)斷晶閘管、雙極型功率晶體管等。器件的特點(diǎn)主要是功率較高、而工作頻率較低。復(fù)合型器件：復(fù)合型既含有單極型器件的結(jié)構(gòu)，又有雙極型器件的結(jié)構(gòu)，通常其控制部分采用單極性結(jié)構(gòu)，主功率部分采用雙極型結(jié)構(gòu)。絕緣柵雙極型晶體管、MOS控制晶閘管等。結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有卓越的電氣性能，是電力電子器件的發(fā)展方向。（1）電力電子器件③按照器件驅(qū)動(dòng)的參量分：電流型控制器件：由控制極電流驅(qū)動(dòng)器件的通斷，該類器件對(duì)驅(qū)動(dòng)波形要求高，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜。屬于電流型控制器件的有晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、雙極型功率晶體管。電壓型控制器件：由控制極電壓驅(qū)動(dòng)器件的通斷，該類器件對(duì)驅(qū)動(dòng)波形要求低，驅(qū)動(dòng)電路比較簡單。屬于電壓型控制器件的有功率場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極型晶體管。電能有直流(DC)和交流(AC)兩大類。前者有電壓幅值和極性的不同，后者除電壓幅值和極性外，還有頻率和相位的差別。實(shí)際應(yīng)用中，常常需要在兩種電能之間，或?qū)νN電能的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(如電壓，電流，頻率和功率因數(shù)等)進(jìn)行變換。（2）變換器變換器共有四種類型：交流-直流(AC-DC)變換直流-交流(DC-AC)變換：有源逆變；無源逆變。交-交(AC-AC)變換：交流調(diào)壓；交-交變頻。

直流-直流(DC-DC)變換（3）變換器的輔助電路變換器必須在一些輔助電路的支持下才能正常工作，這些輔助電路包括：①控制電路：控制電路的功能是根據(jù)輸入和輸出的要求產(chǎn)生主電路電力電子器件的通斷信號(hào)。②驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路的功能是根據(jù)控制電路給出的通斷信號(hào)，提供電力電子器件開通或關(guān)斷要求的電流波形和電壓波形，提供足夠的驅(qū)動(dòng)功率，以確保電力電子器件的迅速可靠開通和關(guān)斷。③緩沖電路：緩沖電路的功能是在電力電子器件開通和關(guān)斷的過程中減緩其電流或電壓的上升率，以降低電力電子器件的開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力。④保護(hù)電路：保護(hù)電路的功能是在電源或負(fù)載出現(xiàn)異常時(shí)，保護(hù)電力電子器件和設(shè)備免于損壞。2.電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子器件發(fā)展：電能轉(zhuǎn)換由依靠旋轉(zhuǎn)機(jī)組改為利用電力電子器件組成的靜止的電能變換器,具有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲和磨損、效率高、易于控制、響應(yīng)快及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。功率二極管

SCR：晶閘管（可控硅）

GTO：門極可關(guān)斷晶閘管

BJT/GTR：雙極型功率晶體管

P-MOSFET：功率場效應(yīng)晶體管

IGBT：絕緣柵雙極型晶體管等?？刂齐娐芳拔⑿陀?jì)算機(jī)的發(fā)展：分立元件－集成電路－專為各種控制功能設(shè)計(jì)的專用集成電路，使變換器的控制電路大為簡化。微型計(jì)算機(jī)引入，運(yùn)算精度提高位數(shù)成倍增加，運(yùn)算速度增快，功能不斷完善，使控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化，使控制不僅依賴硬件電路，而且可利用軟件編程，既方便又靈活。控制理論的發(fā)展：各種新穎、復(fù)雜的控制策略和方案得到實(shí)現(xiàn)，并具有自診斷功能，并具有智能化的功能。將新的控制理論和方法應(yīng)用在變換器中。綜上所述可以看出，微電子技術(shù)、電力電子器件和控制理論是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力。3.電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用（1）在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

可控整流器或斬波器與直流電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)有著優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，由于電力電子器件和變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是直接轉(zhuǎn)矩和矢量控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能得到很大的提高，各種交、直流電動(dòng)機(jī)在以下工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，無軌電車、城市地鐵、電動(dòng)汽車以及機(jī)車牽引等交通運(yùn)輸系統(tǒng)，可逆熱軋機(jī)、熱連軋機(jī)、可逆冷軋機(jī)、帶鋼冷連軋機(jī)、飛剪機(jī)等電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，各類起重機(jī)械、礦井提升機(jī)、堆料機(jī)、輸送機(jī)、機(jī)床及各種自動(dòng)化生產(chǎn)線，調(diào)速電梯、供水系統(tǒng)、造紙、印染、紡織等工業(yè)系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很顯著。采用軟啟動(dòng)控制可以減少交流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊而被廣泛應(yīng)用。3.電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用（2）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用據(jù)估計(jì)，在發(fā)達(dá)國家，用戶使用的電能中有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子裝置的處理。在電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁與交流勵(lì)磁系統(tǒng)是由電力電子裝置控制的，可以達(dá)到節(jié)能和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。靜止無功補(bǔ)償器、有源電力濾波器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等電力電子裝置有效地減少了傳統(tǒng)變流裝置形成的電網(wǎng)公害，提高了電網(wǎng)功率因數(shù)，抑制了電網(wǎng)諧波，防止了電網(wǎng)電壓瞬時(shí)跌落、閃變，有效地改善了電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電作為可再生能源發(fā)展較快，越來越受到重視。太陽能、風(fēng)能發(fā)電受環(huán)境條件的制約，發(fā)出的電能質(zhì)量較差。利用電力電子技術(shù)進(jìn)行能量儲(chǔ)存和緩沖，可以有效地改善電能質(zhì)量。同時(shí)，采用變速恒頻發(fā)電技術(shù)，可以將以上的新能源與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)向用戶輸送電能。3.電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用（3）在交直流電源中的應(yīng)用大功率直流電源在電解和電鍍設(shè)備中被廣泛使用。開關(guān)電源在辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子產(chǎn)品、通信電源、工業(yè)測控、電子儀器和儀表中被廣泛采用。由于采用了高頻技術(shù)，大大減小了電源體積、重量和開關(guān)損耗。不間斷電源（UPS）被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)機(jī)房、醫(yī)院、賓館等重要的用電場所。目前，UPS在現(xiàn)代社會(huì)中的作用越來越重要。工業(yè)感應(yīng)加熱電源主要應(yīng)用于鋼水精煉及電磁攪拌改進(jìn)結(jié)晶狀態(tài)和金屬表面的淬火熱處理等場合。在各個(gè)國家，照明用電占發(fā)電量的數(shù)量也是比較大的。白熾燈發(fā)光效率低、熱損耗大，而日光燈必須有鎮(zhèn)流器啟輝，全部電流都要流過鎮(zhèn)流器的線圈，因而無功電流較大，不節(jié)能。在相同功率的情況下，采用AC-DC-AC變換技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器比普通鎮(zhèn)流器的體積小，可減少無功和有功損耗。另外，采用交流調(diào)壓實(shí)現(xiàn)照明的電子調(diào)光，也可節(jié)約能源。4.電力電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)要求熟悉和掌握常用電力電子器件的工作機(jī)理、特性和參數(shù)，能正確選擇和使用它們。熟悉和掌握各種基本變換器的工作原理，特別是各種基本電路中的電磁過程，掌握其分析方法、工作波形分析和變換器電路的初步設(shè)計(jì)計(jì)算。了解各種開關(guān)元件的控制電路、緩沖電路和保護(hù)電路。了解各種變換器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)和使用場合。掌握基本實(shí)驗(yàn)方法與訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)技能。

教學(xué)日歷第1章電力電子器件主要內(nèi)容：常用電力電子器件分類；常用電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性、主要參數(shù)和安全工作區(qū)；常用電力電子器件的基本驅(qū)動(dòng)電路、緩沖電路和保護(hù)方法；常用電力電子器件的串并聯(lián)技術(shù)。1.1引言電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，新器件的誕生或器件特性的新進(jìn)展，都帶動(dòng)了電力電子應(yīng)用技術(shù)的新突破，或?qū)е鲁霈F(xiàn)新的電路拓?fù)洹ｋ娏﹄娮討?yīng)用技術(shù)的發(fā)展又對(duì)電力電子器件提出了更新、更高的要求，進(jìn)一步推動(dòng)了高性能、新器件的研制。電力電子器件在電力電子電路中一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，在通態(tài)時(shí)應(yīng)能流過很大電流而壓降很低；在斷態(tài)時(shí)應(yīng)能承受很高電壓而漏電流很??；斷態(tài)與通態(tài)間的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短且功率損耗較小。1.2電力電子器件的結(jié)構(gòu)、特性和

主要常數(shù)1.2.1功率二極管1.功率二極管的結(jié)構(gòu)AKAKa)IKAPNJb)c)圖1-1功率二極管外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)2.功率二極管的工作原理P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合一體，其中，N型半導(dǎo)體區(qū)電子濃度大，P型半導(dǎo)體區(qū)空穴濃度大，因此，N區(qū)電子要向P區(qū)擴(kuò)散與P區(qū)空穴復(fù)合，在N區(qū)邊界側(cè)留下正離子層，P區(qū)空穴要向N區(qū)擴(kuò)散與N區(qū)電子復(fù)合，在P區(qū)邊界側(cè)留下負(fù)離子層，在交界處漸漸形成空間電荷區(qū)；多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)到動(dòng)態(tài)平衡，決定空間電荷區(qū)的寬度，形成PN結(jié)；PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，二極管是一個(gè)正方向單向?qū)щ姟⒎捶较蜃钄嗟碾娏﹄娮悠骷?.功率二極管的特性(1)功率二極管的伏安特性二極管具有單向?qū)щ娔芰?，二極管正向?qū)щ姇r(shí)必須克服一定的門坎電壓Uth(又稱死區(qū)電壓)。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管的反向電流IS是很小的，但是當(dāng)外加反向電壓超過二極管反向擊穿電壓URO后二極管被電擊穿，反向電流迅速增加，二極管被電擊穿后將造成PN結(jié)的永久損壞。圖1-2功率二極管的伏安特性(2)功率二極管的開關(guān)特性因結(jié)電容的存在，功率二極管在通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，有一個(gè)過渡過程，這個(gè)過程中的特性為功率二極管的動(dòng)態(tài)特性。功率二極管由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)時(shí)，功率二極管的正向壓降也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，然后逐漸趨于穩(wěn)態(tài)壓降值。這一動(dòng)態(tài)過程的時(shí)間，稱為正向恢復(fù)時(shí)間tr。當(dāng)原處于正向?qū)ǖ墓β识O管的外加電壓突然變?yōu)榉聪驎r(shí)，功率二極管不能立即關(guān)斷，其電流逐漸下降到零，然后有較大的反向電流和反向過沖電壓出現(xiàn)，經(jīng)過一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間才能進(jìn)入截止。其中，td為延遲時(shí)間，tf為電流下降時(shí)間，trr為反向恢復(fù)時(shí)間，

trr

＝td

＋tf

。

圖1-3功率二極管的開關(guān)特性

由于PN結(jié)電容的存在，二極管從導(dǎo)通到截止的過渡過程與反向恢復(fù)時(shí)間trr、最大反向電流值IRM，與二極管PN結(jié)結(jié)電容的大小、導(dǎo)通時(shí)正向電流IFR所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)電荷Q、電路參數(shù)以及反向電流di/dt等都有關(guān)。普通二極管的trr=2～10μs，快速恢復(fù)二極管的trr為幾十至幾百ns,超快恢復(fù)二極管的trr僅幾個(gè)ns。4.功率二極管的主要參數(shù)(1)額定電壓URR反向不重復(fù)峰值電壓URSM是指即將出現(xiàn)反向擊穿的臨界電壓；二極管的額定電壓URR（反向重復(fù)峰值電壓URRM）取反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80％；URRM(或URR)小于二極管的反向擊穿電壓URO。(2)額定電流IFR

功率二極管的額定電流IFR被定義為在規(guī)定的環(huán)境溫度為+40℃和散熱條件下工作，其管芯PN結(jié)溫升不超過允許值時(shí)，所允許流過的正弦半波電流平均值。若正弦電流的最大值為Im，則額定電流為

(1-1)(3)最大允許的全周期均方根正向電流IFrms二極管流過半波正弦電流的平均值為IFR時(shí)，與其發(fā)熱等效的全周期均方根正向電流IFrms(1-2)由式(1-1)和(1-2)可得

(1-3)

(4)最大允許非重復(fù)浪涌電流IFSM這是二極管所允許的半周期峰值浪涌電流。該值比二極管的額定電流要大得多。實(shí)際上它體現(xiàn)了二極管抗短路沖擊電流的能力。功率二極管屬于功率最大半導(dǎo)體器件，二極管參數(shù)是正確選用二極管依據(jù)。

1.2.2晶閘管及派生器件晶閘管(Thyristor)就是硅晶體閘流管，普通晶閘管也稱為可控硅SCR,普通晶閘管是一種具有開關(guān)作用的大功率半導(dǎo)體器件。1.晶閘管的外形小電流塑封式小電流螺旋式大電流螺旋式大電流平板式圖形符號(hào)自冷式風(fēng)冷式水冷式2.晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管是具有四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線(A、K、G)的器件。A圖1-4晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)3.晶閘管的工作原理IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑圖1-5晶閘管的雙晶體管模型與工作電路圖欲使晶閘管導(dǎo)通需具備兩個(gè)條件：應(yīng)在晶閘管的陽極與陰極之間加上正向電壓。應(yīng)在晶閘管的門極與陰極之間也加上正向電壓和電流。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽極電流減小到一定數(shù)值以下，這只有用使陽極電壓減小到零或反向的方法來實(shí)現(xiàn)。4.晶閘管的特性(1)晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性是晶閘管陽極與陰極間電壓UAK和晶閘管陽極電流IA之間的關(guān)系特性。(2)晶閘管的門極伏安特性圖1-7晶閘管的伏安特性由于實(shí)際產(chǎn)品的門極伏安特性分散性很大，常以一條典型的極限高阻門極伏安特性和一條極限低阻門極伏安特性之間的區(qū)域來代表所有器件的伏安特性，由門極正向峰值電流IFGM﹑允許的瞬時(shí)最大功率PGM和正向峰值電壓UFGM劃定的區(qū)域稱為門極伏安特性區(qū)域。PG為門極允許的最大平均功率。其中,OABCO為不可靠觸發(fā)區(qū),ADEFGCBA為可靠觸發(fā)區(qū)。圖1-8晶閘管的門極伏安特性(3)晶閘管的開關(guān)特性圖1-9晶閘管的雙晶體管模型與工作電路圖①開通過程

開通時(shí)間ton包括延遲時(shí)間td與上升時(shí)間tr，即

ton=td+tr(1-4)延遲時(shí)間td：門極電流階躍時(shí)刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時(shí)間上升時(shí)間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間普通晶閘管延遲時(shí)間為0.5~1.5

s，上升時(shí)間為0.5~3

s②關(guān)斷過程關(guān)斷時(shí)間toff：包括反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr，即

toff=trr+tgr(1-5)反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間；正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間5.晶閘管的主要參數(shù)（1）斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。（2）反向重復(fù)峰值電壓URRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。（3）額定電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的那個(gè)數(shù)值標(biāo)作器件型號(hào)上的額定電壓。通常選用晶閘管時(shí)，電壓選擇應(yīng)取(2～3)倍的安全裕量。(4)額定電流IT(AV)在環(huán)境溫度為+40℃和規(guī)定冷卻條件下，器件在電阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波電路中,管子全導(dǎo)通(導(dǎo)通角>170°)，在穩(wěn)定的額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。晶閘管流過正弦半波電流波形如圖所示

圖1-10晶閘管流過正弦半波電流波形它的通態(tài)平均電流IT(AV)和正弦電流最大值Im之間的關(guān)系表示為：

(1-6)正弦半波電流的有效值為：

(1-7)(1-8)式中Kf―為波形系數(shù)流過晶閘管的電流波形不同，其波形系數(shù)也不同，實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電流有效值相同的原則進(jìn)行換算，通常選用晶閘管時(shí)，電流選擇應(yīng)取(1.5～2)倍的安全裕量。(5)浪涌電流這是晶閘管所允許的半周期內(nèi)使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)正向過載電流。該值比晶閘管的額定電流要大得多。實(shí)際上它體現(xiàn)了晶閘管抗短路沖擊電流的能力?？捎脕碓O(shè)計(jì)保護(hù)電路。(6)通態(tài)電壓UTM晶閘管通以規(guī)定數(shù)倍額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。從減少功耗和發(fā)熱的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該選擇通態(tài)電壓較小的晶閘管。(7)維持電流IH

在室溫和門極斷路時(shí)，晶閘管已經(jīng)處于通態(tài)后，從較大的通態(tài)電流降至維持通態(tài)所必須的最小陽極電流(8)擎住電流IL

晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換到通態(tài)時(shí)移去觸發(fā)信號(hào)之后，要器件維持通態(tài)所需要的最小陽極電流。對(duì)于同一個(gè)晶閘管來說，通常擎住電流IL約為維持電流IH的(2～4)倍。(9)門極觸發(fā)電流IGT在室溫且陽極電壓為6V直流電壓時(shí)，使晶閘管從阻斷到完全開通所必需的最小門極直流電流。(10)門極觸發(fā)電壓UGT

對(duì)應(yīng)于門極觸發(fā)電流時(shí)的門極觸發(fā)電壓。觸發(fā)電路給門極的電壓和電流應(yīng)適當(dāng)?shù)卮笥谒?guī)定的UGT和IGT上限，但不應(yīng)超過其峰值IGFM和UGFM。(11)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，不導(dǎo)致器件從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最大電壓上升率。過大的斷態(tài)電壓上升率會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。(12)通態(tài)電流臨界上升率di/dt

在規(guī)定條件下，由門極觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通時(shí)，晶閘管能夠承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流的最大上升率。在晶閘管開通時(shí)，如果電流上升過快，會(huì)使門極電流密度過大，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。〖例1-1〗兩個(gè)不同的電流波形(陰影斜線部分)如圖所示，分別流經(jīng)晶閘管，若各波形的最大值Im=100A，試計(jì)算各波形下晶閘管的電流平均值Id1、Id2，電流有效值I1、I2，

并計(jì)算波形系數(shù)Kf1、Kf2。圖1-11流過晶閘管的電流波形解：如圖所示的平均值和有效值可計(jì)算如下：思考1：如果晶閘管的額定電流是100A,考慮晶閘管的安全裕量,請(qǐng)問在以上的情況下,允許流過的平均電流是多少?思考2：如果考慮晶閘管的安全裕量,請(qǐng)問在以上的情況下,允許流過的平均電流是多少?6.晶閘管的派生器件(1)快速晶閘管快速晶閘管的關(guān)斷時(shí)間≤50μs，常在較高頻率(400Hz)的整流、逆變和變頻等電路中使用，它的基本結(jié)構(gòu)和伏安特性與普通晶閘管相同。目前國內(nèi)已能提供最大平均電流1200A、最高斷態(tài)電壓1500V的快速晶閘管系列，關(guān)斷時(shí)間與電壓有關(guān)，約為25μs～50μs。(2)雙向晶閘管

雙向晶閘管不論從結(jié)構(gòu)還是從特性方面來說，都可以看成是一對(duì)反向并聯(lián)的普通晶閘管。在主電極的正、反兩個(gè)方向均可用交流或直流電流觸發(fā)導(dǎo)通。圖1-12雙向晶閘管等效電路及符號(hào)圖1-13雙向晶閘管的伏安特性雙向晶閘管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有對(duì)稱的伏安特性。(3)逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管和整流管制作在同一管芯上的集成元件。由于逆導(dǎo)晶閘管等效于反并聯(lián)的普通晶閘管和整流管，因此在使用時(shí)，使器件的數(shù)目減少、裝置體積縮小、重量減輕、價(jià)格降低和配線簡單，特別是消除了整流管的配線電感，使晶閘管承受的反向偏置時(shí)間增加。圖1-14逆導(dǎo)晶閘管的等效電路及伏安特性(4)光控晶閘管光控晶閘管(LightActivatedThyristor)是利用一定波長的光照信號(hào)控制的開關(guān)器件。光控晶閘管符號(hào)和等效電路光控晶閘管的伏安特性圖1-15光控晶閘管的符號(hào)及等效電路圖1-16光控晶閘管的伏安特性1.2.3可關(guān)斷晶閘管GTO可關(guān)斷晶閘管GTO(GateTurn-OffThyristor)，門極信號(hào)不僅能控制其導(dǎo)通，也能控制其關(guān)斷。1.可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)GTO的內(nèi)部包含著數(shù)百個(gè)共陽極的小GTO元，它們的門極和陰極分別并聯(lián)在一起，這是為了便于實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷所采取的特殊設(shè)計(jì)?？申P(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、等效電路和符號(hào)圖1-17可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、等效電路和符號(hào)2.可關(guān)斷晶閘管的工作原理(1)開通過程GTO也可等效成兩個(gè)晶體管P1N1P2和N1P2N2互連，GTO與晶閘管最大區(qū)別就是導(dǎo)通后回路增益α1+α2數(shù)值不同。晶閘管的回路增益α1+α2常為1.15左右，而GTO的α1+α2非常接近1。因而GTO處于臨界飽和狀態(tài)。這為門極負(fù)脈沖關(guān)斷陽極電流提供有利條件。(2)關(guān)斷過程當(dāng)GTO已處于通態(tài)時(shí)，對(duì)門極加負(fù)的關(guān)斷脈沖，形成－IG，相當(dāng)于將IC1的電流抽出，使晶體管N1P2N2的基極電流減小，使IC2和IK隨之減小，IC2減小又使IA和IC1減小，這是一個(gè)正反饋過程。當(dāng)IC2和IC1的減小使α1+α2<1時(shí)，等效晶體管N1P2N2和P1N1P2退出飽和，GTO不滿足維持導(dǎo)通條件，陽極電流下降到零而關(guān)斷。由于GTO處于臨界飽和狀態(tài)，用抽走陽極電流的方法破壞臨界飽和狀態(tài)，能使器件關(guān)斷。而晶閘管導(dǎo)通之后，處于深度飽和狀態(tài)，用抽走陽極電流的方法不能使其關(guān)斷。3.可關(guān)斷晶閘管的特性(1)GTO的陽極伏安特性

圖1-19GTO的陽極伏安特性

(2)GTO的開通特性開通時(shí)間ton由延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr組成(3)GTO的關(guān)斷特性關(guān)斷過程有三個(gè)不同的時(shí)間：存儲(chǔ)時(shí)間ts下降時(shí)間tf尾部時(shí)間tt圖1-20GTO的開關(guān)特性

4.可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)GTO有許多參數(shù)與晶閘管相同，這里只介紹一些與晶閘管不同的參數(shù)。(1)最大可關(guān)斷陽極電流IATO電流過大時(shí)α1+α2稍大于1的條件可能被破壞，使器件飽和程度加深，導(dǎo)致門極關(guān)斷失敗。(2)關(guān)斷增益

offGTO的關(guān)斷增益

off為最大可關(guān)斷陽極電流IATO與門極負(fù)電流最大值IgM之比

off通常只有5左右。1.2.4雙極型功率晶體管1.雙極型功率晶體管的結(jié)構(gòu)圖1-21BJT的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

2.雙極型功率晶體管的工作原理與三極管的工作原理相同單個(gè)BJT電流增益較低，驅(qū)動(dòng)時(shí)需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，為了提高電流增益，常采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。圖1-22達(dá)林頓晶體管3.雙極型功率晶體管的特性(1)BJT的輸出特性圖1-24BJT的輸出特性(2)BJT的開關(guān)特性:BJT主要應(yīng)用于開關(guān)工作方式①開通過程延遲時(shí)間td上升時(shí)間tr開通時(shí)間tonton=td+tr②關(guān)斷過程存儲(chǔ)時(shí)間ts下降時(shí)間tf關(guān)斷時(shí)間tofftoff=ts+tf圖1-25BJT的開關(guān)響應(yīng)特性(3)雙極型功率晶體管的安全工作區(qū)①正向偏置安全工作區(qū)BJT的正向偏置安全工作區(qū)是由最大集電極電流ICM、集電極最大允許耗散功率PCM、二次擊穿耐量有關(guān)的PSB和集射極最大電壓U(BR)CEO所組成的區(qū)域。②反向偏置安全工作區(qū)為了使晶體管截止而不被擊穿，電壓與電流的工作點(diǎn)必須選在反向安全工作區(qū)之內(nèi)。反向偏置基極電流不同時(shí)，反向安全工作區(qū)寬窄也不同，若反向偏置基極電流增加時(shí)，反向安全工作區(qū)變窄。圖1-27BJT的正向偏置安全工作區(qū)圖1-28BJT反向偏置安全工作區(qū)(4)雙極型功率晶體管的二次擊穿①一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿只要Ic不超過限度，BJT一般不會(huì)損壞，工作特性也不變②二次擊穿一次擊穿發(fā)生時(shí)Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變4.雙極型功率晶體管的主要參數(shù)(1)最高工作電壓

即最高集電極電壓的額定值。BJT的反向擊穿電壓決定管子承受外加電壓的上限，也是BJT的重要參數(shù)。UEBO是集電極開路時(shí)射基極間的反向擊穿電壓；UCBO是發(fā)射極開路時(shí)集基極間的反向擊穿電壓。UCEO

是基極開路時(shí)集電極-發(fā)射極之間的反向擊穿電壓，UCEO

在BJT產(chǎn)品目錄中作為電壓容量給出。（2）最大電流額定值ICM

即集電極允許流過的最大電流值。通常規(guī)定電流放大倍數(shù)β值下降為規(guī)定值的（1/2~1/3）時(shí)的IC值為ICM。實(shí)際使用中要留有裕量，通常只用到ICM值的（1/3~1/2）。（3）最大功率損耗額定值PCM

即最高允許工作溫度下的耗散功率。產(chǎn)品手冊中給出PCM參數(shù)時(shí)，總是同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。（4）BJT的電流放大倍數(shù)β值

β定義為晶體管的集電極電流變化率和基極電流變化率之比。

(5)BJT的反向電流

BJT的反向電流會(huì)消耗一部分電源能量，會(huì)影響管子的穩(wěn)定性。常希望反向電流盡可能小。有ICBO、ICEO和IEBO。（6）最大允許結(jié)溫TJM雙極型功率晶體管結(jié)溫過高時(shí)將導(dǎo)致熱擊穿而燒毀。是晶體管能正常工作的最高允許結(jié)溫。1.2.5功率場效應(yīng)晶體管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。根據(jù)導(dǎo)電溝道的類型可分為N溝道和P溝道兩大類；根據(jù)零柵壓時(shí)器件的導(dǎo)電狀態(tài)又可分為耗盡型和增強(qiáng)型兩類；電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型1.功率場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)

功率MOSFET在特性上的優(yōu)越之處在于沒有熱電反饋引起的二次擊穿、輸入阻抗高、跨導(dǎo)的線性度好和工作頻率高。圖1-30功率場效應(yīng)晶體管VDMOS的結(jié)構(gòu)、符號(hào)2.功率場效應(yīng)晶體管的工作原理當(dāng)柵源極電壓UGS＝0時(shí)，漏極下的P型區(qū)表面呈現(xiàn)空穴的堆積狀態(tài)，不可能出現(xiàn)反型層，無法溝通漏源。此時(shí)即使在漏源之間施加電壓也不會(huì)形成P區(qū)內(nèi)載流子的移動(dòng)，即VMOS管保持關(guān)斷狀態(tài)。我們把這種正常關(guān)斷型的MOSFET稱為增強(qiáng)型。當(dāng)柵源極電壓UGS＞0且不夠充分時(shí)，柵極下面的P型區(qū)表面呈現(xiàn)耗盡狀態(tài)，還是無法溝通漏源，此時(shí)VMOS管仍保持關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵源極電壓UGS或超過強(qiáng)反型條件時(shí)，柵極下面的硅的表面從P型反型成N型，形成N型表面層并把源區(qū)和漏區(qū)聯(lián)系起來,從而把漏源溝通，使VMOS管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。通常把導(dǎo)電的反型層稱作溝道。此時(shí)，漏源之間施加電壓，電子從源極通過溝道移動(dòng)到漏極形成漏極電流ID。3.功率場效應(yīng)晶體管的特性(1)功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性表示功率MOSFET的輸入柵源電壓UGS與輸出漏極電流ID之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)移特性表示功率MOSFET的放大能力，與BJT中的電流增益相仿，由于功率MOSFET是電壓控制器件，因此用跨導(dǎo)這一參數(shù)來表示。圖1-32功率場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性(2)功率MOSFET的輸出特性當(dāng)柵源電壓UGS一定時(shí)，漏極電流ID與漏源電壓UDS間關(guān)系曲線稱為VMOSFET的輸出特性。只有當(dāng)柵源電壓UGS達(dá)到或超過強(qiáng)反型條件時(shí)，使MOSFET進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。柵源電壓UGS越大，漏極電流越大，可見漏極電流ID受柵源電壓UGS的控制。輸出特性分為三個(gè)區(qū)域，可調(diào)電阻區(qū)、飽和區(qū)和雪崩區(qū)?？烧{(diào)電阻區(qū)Ⅰ，器件的電阻值是變化的。當(dāng)柵源電壓UGS一定時(shí)，器件內(nèi)的溝道已經(jīng)形成，若漏源電壓UDS很小時(shí)，對(duì)溝道的影響可忽略，溝道的寬度和電子的遷移率幾乎不變，所以ID與UDS幾乎呈線性關(guān)系。飽和區(qū)Ⅱ，當(dāng)UGS不變時(shí)，ID趨于不變。雪崩區(qū)Ⅲ，當(dāng)UDS增大至使漏極PN結(jié)反偏電壓過高，發(fā)生雪崩擊穿，ID突然增加，此時(shí)進(jìn)入雪崩區(qū)Ⅲ，直至器件損壞。使用時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。(3)功率MOSFET的開關(guān)特性因?yàn)镸OSFET存在輸入電容Ci，

Ci有充電過程，柵極電壓UGS呈指數(shù)曲線上升，當(dāng)UGS上升到開啟電壓UT時(shí)，開始出現(xiàn)漏極電流iD，從脈沖電壓的前沿到iD出現(xiàn)，這段時(shí)間稱為開通延遲時(shí)間td。隨著UGS增加，iD上升，從有iD到iD達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所用時(shí)間稱為上升時(shí)間tr。開通時(shí)間ton可表示為：

ton＝td＋tr(1-14)功率MOSFET開關(guān)特性

圖1-33功率場效應(yīng)晶體管的開關(guān)特性當(dāng)脈沖電壓下降到零時(shí)，柵極輸入電容Ci通過信號(hào)源內(nèi)阻RS和柵極電阻RG開始放電，柵極電壓UGS按指數(shù)曲線下降，當(dāng)下降到UGSP時(shí)，漏極電流才開始減小，這段時(shí)間稱為關(guān)斷延遲時(shí)間ts。Ci繼續(xù)放電，從iD減小，到UGS＜UT溝道關(guān)斷，iD下降到零。這段時(shí)間稱為下降時(shí)間tf。關(guān)斷時(shí)間toff可表示為

toff＝ts＋tf(1-15)由上分析可知，改變信號(hào)源內(nèi)阻RS，可改變Ci

充、放電時(shí)間常數(shù)，影響開關(guān)速度。(4)安全工作區(qū)(SOA)功率MOSFET沒有二次擊穿問題，具有非常寬的安全工作區(qū)，特別是在高電壓范圍內(nèi)，但是功率MOSFET的通態(tài)電阻比較大，所以在低壓部分不僅受最大電流的限制，還要受到自身功耗的限制。①正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)正向偏置安全工作區(qū)由四條邊界極限所包圍的區(qū)域。漏源通態(tài)電阻線，最大漏極電流線，最大功耗限制線和最大漏源電壓線。②開關(guān)安全工作區(qū)(SSOA)開關(guān)安全工作區(qū)(SSOA)表示器件工作的極限范圍。在功率MOSFET換流過程中，當(dāng)器件體內(nèi)反并聯(lián)二級(jí)管從導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入反向恢復(fù)期時(shí)，如果漏極電壓上升過大，則很容易造成器件損壞。二極管反向恢復(fù)期內(nèi)漏源極的電壓上升率稱為二極管恢復(fù)耐量，二極管恢復(fù)耐量是功率MOSFET可靠性的一個(gè)重要參數(shù)。圖1-34安全工作區(qū)4.功率場效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)（1）漏源擊穿電壓BUDS

該電壓決定了功率MOSFET的最高工作電壓。（2）柵源擊穿電壓BUGS

該電壓表征了功率MOSFET柵源之間能承受的最高電壓。（3）漏極最大電流ID

表征功率MOSFET的電流容量。（4）開啟電壓UT

又稱閾值電壓，它是指功率MOSFET流過一定量的漏極電流時(shí)的最小柵源電壓。(5)通態(tài)電阻Ron

是指在確定的柵源電壓UGS下，功率MOSFET處于恒流區(qū)時(shí)的直流電阻，是影響最大輸出功率的重要參數(shù)。(6)極間電容是影響其開關(guān)速度的主要因素。其極間電容分為兩類；一類為CGS和CGD，它們由MOS結(jié)構(gòu)的絕緣層形成的，其電容量的大小由柵極的幾何形狀和絕緣層的厚度決定；另一類是CDS，它由PN結(jié)構(gòu)成，其數(shù)值大小由溝道面積和有關(guān)結(jié)的反偏程度決定。1.2.6絕緣柵雙極型晶體管IGBT絕緣柵雙極型晶體管IGBT是80年代中期問世的一種新型復(fù)合電力電子器件，由于它兼有MOSFET的快速響應(yīng)、高輸入阻抗和BJT的低通態(tài)壓降、高電流密度的特性，這幾年發(fā)展十分迅速。1.絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)IGBT相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)BJT。從圖中我們還可以看到在集電極和發(fā)射極之間存在著一個(gè)寄生晶閘管，寄生晶閘管有擎住作用。采用空穴旁路結(jié)構(gòu)并使發(fā)射區(qū)寬度微細(xì)化后可基本上克服寄生晶閘管的擎住作用。IGBT的低摻雜N漂移區(qū)較寬，因此可以阻斷很高的反向電壓。IGBT的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及等效電路2.絕緣柵雙極型晶體管的工作原理當(dāng)UDS＜0時(shí)，J3PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。當(dāng)UDS＞0時(shí)，分兩種情況：①若門極電壓UG＜開啟電壓UT，IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。②若門極電壓UG＞開啟電壓UT，IGBT正向?qū)?。圖1-35IGBT的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及等效電路3.絕緣柵雙極型晶體管的特性(1)IGBT的伏安特性(2)IGBT的轉(zhuǎn)移特性圖1-37IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性

(3)開關(guān)特性圖1-38IGBT的開關(guān)特性(4)擎住效應(yīng)IGBT為四層結(jié)構(gòu)，存在一個(gè)寄生晶閘管，在NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在一個(gè)體區(qū)短路電阻，P型體區(qū)的橫向空穴流過此電阻會(huì)產(chǎn)生一定壓降，對(duì)J3結(jié)相當(dāng)于一個(gè)正偏置電壓。在規(guī)定的集電極電流范圍內(nèi)，這個(gè)正偏置電壓不會(huì)使NPN晶體管導(dǎo)通；當(dāng)IC大到一定程度時(shí)，該偏置電壓使NPN晶體管開通，進(jìn)而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態(tài)。于是柵極失去控制作用，這就是所謂的擎住效應(yīng)。(5)安全工作區(qū)圖1-35IGBT的安全工作區(qū)4.絕緣柵雙極型晶體管的主要參數(shù)(1)集射極額定電壓UCES

柵射極短路時(shí)的IGBT最大耐壓值。(2)柵射極額定電壓UGESUGES是柵極的電壓控制信號(hào)額定值。只有柵射極電壓小于額定電壓值，才能使IGBT導(dǎo)通而不致?lián)p壞。(3)柵射極開啟電壓UT

使IGBT導(dǎo)通所需的最小柵-射極電壓,通常IGBT的開啟電壓UT在3V～5.5V之間。(4)集電極額定電流IC

在額定的測試溫度(殼溫為25℃)條件下，IGBT所允許的集電極最大直流電流。(5)集射極飽和電壓UCEO

IGBT在飽和導(dǎo)通時(shí)，通過額定電流的集射極電壓。通常IGBT的集射極飽和電壓在1.5V～3V之間。1.3電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路1.3.1晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)電路1.晶閘管對(duì)門極驅(qū)動(dòng)電路的基本要求①驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是交流、直流或脈沖，為了減小門極的損耗，驅(qū)動(dòng)信號(hào)常采用脈沖形式。②驅(qū)動(dòng)脈沖應(yīng)有足夠的功率。驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)大于晶閘管的門極觸發(fā)電壓和門極觸發(fā)電流。③觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度和陡度。觸發(fā)脈沖的寬度一般應(yīng)保證晶閘管陽極電流在脈沖消失前能達(dá)到擎住電流，使晶閘管導(dǎo)通，這是最小的允許寬度。一般觸發(fā)脈沖前沿陡度大于10V/μs或800mA/μs。2.觸發(fā)電路的型式控制電路應(yīng)該和主電路隔離，隔離可采用脈沖變壓器或光電耦合器?；诿}沖變壓器Tr和晶體管放大器的驅(qū)動(dòng)電路如圖所示，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出的高電平信號(hào)加至晶體管放大器后，變壓器輸出電壓經(jīng)VD2輸出脈沖電流IG觸發(fā)SCR導(dǎo)通。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零后，VD1、VDZ續(xù)流，變壓器的一次側(cè)電壓迅速降為零，防止變壓器飽和。圖1-46帶脈沖變壓器的驅(qū)動(dòng)電路光耦隔離的SCR驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到光耦輸入端時(shí)，光耦輸出電路中電阻R上的電壓產(chǎn)生脈沖電流IG觸發(fā)SCR導(dǎo)通。圖1-47帶光電耦合的驅(qū)動(dòng)電路1.3.2可關(guān)斷晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)電路1.對(duì)門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求根據(jù)GTO的特性，在其門極加正的驅(qū)動(dòng)電流，GTO將導(dǎo)通；要使GTO關(guān)斷，需要在其門極加很大的負(fù)電流。因此，通常采用不同回路實(shí)現(xiàn)GTO的導(dǎo)通和關(guān)斷。門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)要足夠大，脈沖前沿越陡越有利，而后沿平緩些好。正脈沖后沿太陡會(huì)產(chǎn)生負(fù)尖峰脈沖；負(fù)脈沖后沿太陡會(huì)產(chǎn)生正尖峰脈沖，會(huì)使剛剛關(guān)斷的GTO的耐壓和陽極承受的du/dt降低。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)觸發(fā)，門極正脈沖電流一般為額定觸發(fā)電流(直流)的(3～5)倍。2.門極驅(qū)動(dòng)電路型式（1）恒壓源關(guān)斷控制晶體管V1控制GTO觸發(fā)導(dǎo)通；V2控制GTO關(guān)斷。關(guān)斷電源E2須小于GTO的門極反向電壓UGRM之值，否則會(huì)引起GTO產(chǎn)生雪崩電流。（2）變壓源關(guān)斷控制晶體管V通過電容C供給GTO觸發(fā)脈沖信號(hào)，GTO導(dǎo)通時(shí)，電容C充電。當(dāng)關(guān)斷信號(hào)加到可控硅SCR使其導(dǎo)通，電容C經(jīng)SCR放電，為GTO門陰極提供一個(gè)負(fù)脈沖電壓，從而關(guān)斷GTO。圖1-48恒壓源關(guān)斷控制電路圖1-49變壓源關(guān)斷控制電路1.3.3雙極型功率晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電路1.BJT的驅(qū)動(dòng)電路的重要性驅(qū)動(dòng)電路性能不好，輕則使BJT不能正常工作，重則導(dǎo)致BJT損壞。其特性是決定電流上升率和動(dòng)態(tài)飽和壓降大小的重要因素之一。增加基極驅(qū)動(dòng)電流使電流上升率增大，使BJT飽和壓降降低，從而減小開通損耗。過大的驅(qū)動(dòng)電流，使BJT飽和過深，退出飽和時(shí)間越長，對(duì)開關(guān)過程和減小關(guān)斷損耗越不利。驅(qū)動(dòng)電路是否具有快速保護(hù)功能，是決定BJT在過電壓或過電流后是否損壞的關(guān)鍵因素之一。2.BJT對(duì)基極驅(qū)動(dòng)電路的基本要求①BJT導(dǎo)通時(shí)，基極電流值在最大負(fù)載下應(yīng)維護(hù)BJT飽和導(dǎo)通，電流的上升率應(yīng)充分大，以減小開通時(shí)間。IB1=(1.5～2)ICmax/β

②

BJT關(guān)斷時(shí)，反向注入的基極電流峰值及下降率應(yīng)充分大，以縮短關(guān)斷時(shí)間。IB2最大峰值為IB1的(2～3)倍。③為防止關(guān)斷時(shí)的尾部效應(yīng)而導(dǎo)致BJT的損壞，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供給基射結(jié)合適的反偏電壓，促使BJT快速關(guān)斷，防止二次擊穿。④

BJT瞬時(shí)過載時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能相應(yīng)地提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，保證BJT不因退出飽和區(qū)而損壞。⑤

BJT導(dǎo)通過程中，如果BJT集射結(jié)承受電壓或流過它的電流超過了設(shè)定的極限值，應(yīng)能自動(dòng)切除BJT的基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為了提高工作速度，降低開關(guān)損耗，多采用抗飽和措施；為了確保器件使用安全，盡可能采用多種保護(hù)措施，為了使電路簡化，功能齊全，應(yīng)盡可能采用集成器件。3.BJT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法BJT的基極驅(qū)動(dòng)方式直接影響著它的工作狀態(tài)，可使某些參數(shù)和特性得到改善或是遭到損害，基極驅(qū)動(dòng)電路的特性是決定集電極電流上升率di/dt和動(dòng)態(tài)飽和壓降的重要因素，過驅(qū)動(dòng)可以減小開通損耗，但對(duì)關(guān)斷過程不利，增加了關(guān)斷損耗。(1)開通與通態(tài)由于器件一般在100℃～120℃的結(jié)點(diǎn)溫度下使用，考慮到溫度條件，則應(yīng)取比標(biāo)稱值低20%～30%的數(shù)值?；鶚O電流應(yīng)盡可能大，以便開通或關(guān)斷大的集電極電流。但基極電流過大會(huì)造成電路過飽和，增大了關(guān)斷時(shí)間，反而降低了承受破壞的能力。因此，應(yīng)限制基極電流過大。在開通與通態(tài)的情況下，基極電流按下式取值：

IB1=(1.5～2)ICmax/β(1-17)(2)關(guān)斷與斷態(tài)在BJT的基極加入反向驅(qū)動(dòng)電流，可加速其關(guān)斷，而且基射極的狀態(tài)會(huì)影響集射極承受電壓的能力。如果基射極被反偏置，可控制集射極的耐壓，也能防止由于噪聲引起的操作失誤和抑制du/dt產(chǎn)生的電流。反向基極電流IB2較大，BJT的關(guān)斷時(shí)間縮短，但是IB2增大，浪涌電壓增大，反向偏置安全工作區(qū)變窄，確定IB2必須考濾到使用頻率、反向偏置安全工作區(qū)、存儲(chǔ)時(shí)間和下降時(shí)間。由于浪涌電壓與IB2的大小和主電路的設(shè)置密切相關(guān)實(shí)際應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來確定IB2，IB2最大峰值為IB1的(2～3)倍。4.基極驅(qū)動(dòng)電路的基本型式（1）恒流驅(qū)動(dòng)電路“恒流驅(qū)動(dòng)”是指BJT的基極電流保持恒定，不隨集電極電流變化而變化。為了保證BJT在任何負(fù)載情況下都能處于飽和導(dǎo)通，所需的基極電流IB應(yīng)按BJT最大可能通過的集電極電流ICmax來設(shè)計(jì)，即IB＞ICmax/β(1-18)恒流驅(qū)動(dòng)使空載時(shí)飽和深度加劇，存儲(chǔ)時(shí)間大。為了克服上述弊端常需采用其他輔助措施?？癸柡拓惪梭槲浑娐穼⒍嘤嗟幕鶚O電流從集電極引出，使BJT在不同集電極電流情況下都處于飽和狀態(tài)，使集電結(jié)處于零偏置或輕微正向偏置的狀態(tài)。圖中VD1、VD2為抗飽和二極管，VD3為反向基極電流提供回路。輕載時(shí)，當(dāng)BJT飽和深度加劇而使UCE減小時(shí)，A點(diǎn)電位高于集電極電位，使流過二極管VD1的基極電流IB減小，從而減小了BJT的飽和深度。（2）固定反偏驅(qū)動(dòng)電路

圖1-50抗飽和貝克箝位電路為了減小存儲(chǔ)時(shí)間加速BJT關(guān)斷，常用截止反偏驅(qū)動(dòng)以迅速抽出基區(qū)的過剩載流子。晶體管V1及V2導(dǎo)通，正電源+VCC經(jīng)過電阻R3及V2向BJT提供正向基極電流，使BJT導(dǎo)通。當(dāng)ui為低電平時(shí)，V1及V2截止而V3導(dǎo)通，負(fù)電源-VCC加于BJT的發(fā)射結(jié)上，BJT基區(qū)中的過剩載流子被迅速抽出，BJT迅速關(guān)斷。圖1-51固定反偏驅(qū)動(dòng)電路

1.3.4功率場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)電路1.對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求①能向功率MOSFET柵極提供需要的柵壓，以保證功率MOSFET可靠開通和關(guān)斷，所以觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前、后沿要求陡峭。②減小驅(qū)動(dòng)電路的輸出電阻，以提高柵極充、放電速度，從而提高功率MOSFET的開關(guān)速度。③為了使功率MOSFET可靠導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)高于管子的開啟電壓，為了防止誤導(dǎo)通，在功率MOSFET截止時(shí)，最好能提供負(fù)的柵源電壓。④功率MOSFET開關(guān)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)電流為柵極電容的充、放電電流。⑤驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備良好的電氣隔離性能，以實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路之間的隔離，使之具有較強(qiáng)的抗干擾能力，避免功率電路對(duì)控制信號(hào)造成干擾。⑥驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)功能，使得功率管可靠工作，如低壓鎖存保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(hù)及驅(qū)動(dòng)電壓箝位保護(hù)等。⑦驅(qū)動(dòng)電源必須并聯(lián)旁路電容，它不僅濾除噪聲，也用于給負(fù)載提供瞬時(shí)電流，加快功率MOSFET的開關(guān)速度。2.功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路（1）TTL驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)TTL輸出管導(dǎo)通時(shí)，晶體管V截止，功率MOSFET的輸入電容被短路至地，這時(shí)吸收電流的能力受TTL輸出管的電流容量和它可能得到的基極電流的限制。TTL輸出為高電平時(shí)，柵極通過晶體管V獲得電壓及電流，充電能力提高，因而開通速度加快。圖1-52TTL驅(qū)動(dòng)電路(2)隔離驅(qū)動(dòng)電路變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路通過變壓器將控制信號(hào)回路與驅(qū)動(dòng)回路隔離，在續(xù)流二極管VD支路中串接一只穩(wěn)壓管VDZ，當(dāng)VD關(guān)斷時(shí)起箝位作用，從而縮短了關(guān)斷時(shí)間。光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路通過光耦合器將控制信號(hào)回路與驅(qū)動(dòng)回路隔離，使得輸出級(jí)設(shè)計(jì)電阻減小，從而解決了柵極驅(qū)動(dòng)源低阻抗的問題，但由于光耦合器響應(yīng)速度慢，因此使開關(guān)延遲時(shí)間加長，限制了使用頻率。圖1-53變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路圖1-54光電耦合隔離驅(qū)動(dòng)電路1.3.5絕緣柵雙極型晶體管的驅(qū)動(dòng)電路

IGBT的驅(qū)動(dòng)電路在它的應(yīng)用中有著特別重要的作用由于IGBT是MOSFET與BJT的復(fù)合器件，其對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求與功率MOSFET一樣。

1.4電力電子器件的緩沖電路1.4.1緩沖電路的作用電力電子器件的PN結(jié)在工作時(shí)，都有多數(shù)載流子存儲(chǔ)。這些載流子的存儲(chǔ)電荷為QS，在PN結(jié)進(jìn)行換向時(shí)，具有電感的電路中可能產(chǎn)生很大的過電壓US=Ldi/dt，當(dāng)此過電壓施加在器件的PN結(jié)上時(shí)，如果不加以吸收，這個(gè)過電壓就可能擊穿PN結(jié)而損壞器件。附加各種緩沖電路，目的不僅是降低浪涌電壓、du/dt和di/dt,還希望能減少器件的開關(guān)損耗、避免器件損壞和抑制電磁干擾，提高電路的可靠性。從圖1-55所示的未加緩沖電路時(shí)電力電子器件的開關(guān)波形可以看出，在開通和關(guān)斷過程中的某一時(shí)刻，會(huì)出現(xiàn)開關(guān)管端電壓和開關(guān)管電流同時(shí)達(dá)到最大值的情況，這時(shí)瞬時(shí)開關(guān)損耗也最大。其開關(guān)過程的負(fù)載線軌跡如圖1-56的虛線所示。為了不使上述電壓和電流的最大值同時(shí)出現(xiàn)。如圖1-57所示的復(fù)合緩沖電路，其中電感LS提供開通緩沖電路的作用，減少電力電子器件的di/dt及開通損耗；電容CS和二極管VDS組成有極性的關(guān)斷緩沖電路，減少電力電子器件的du/dt及關(guān)斷損耗，電阻RS提供放電回路，能減小圖1-55電力電子器件的開關(guān)波形圖1-56開關(guān)過程的負(fù)載線軌跡圖1-57緩沖電路如開關(guān)管開通時(shí)電容C的放電電流。這樣明顯地改變了開關(guān)管的開關(guān)軌跡，其負(fù)載線軌跡如圖1-56的實(shí)線所示，避免了開關(guān)管端電壓和開關(guān)管電流同時(shí)出現(xiàn)最大值的情況。緩沖電路所以能夠減小開關(guān)器件的開關(guān)損耗，是因?yàn)榘验_關(guān)損耗由器件本身轉(zhuǎn)移至緩沖電路內(nèi)；根據(jù)這些被轉(zhuǎn)移的能量如何處理、怎樣消耗掉，引出了兩類緩沖電路：一類是耗能式緩沖電路，即轉(zhuǎn)移至緩沖器的開關(guān)損耗能量消耗在電阻上，這種電路簡單，但效率低；另一類是饋能式緩沖電路，即將轉(zhuǎn)移至緩沖器的開關(guān)損耗能量以適當(dāng)?shù)姆绞皆偬峁┙o負(fù)載或回饋給供電電源，這種電路效率高但電路復(fù)雜。1.4.2緩沖電路的類型1.耗能式緩沖電路(1)RC關(guān)斷緩沖電路在晶閘管的陽極和陰極并聯(lián)RC緩沖電路，用來防止晶閘管兩端過大的du/dt造成晶閘管的誤觸發(fā)，其中電阻RS能減小晶閘管開通時(shí)電容CS的放電電流。

(2)RCD關(guān)斷緩沖電路CS將吸收電路中產(chǎn)生的過電壓。開關(guān)管導(dǎo)通，電容CS有很大的放電電流流過開關(guān)管，在電容器上串聯(lián)一個(gè)吸收電阻RS在吸收電阻RS的兩端又并聯(lián)了二極管VDS，這樣在吸收過電壓時(shí)不經(jīng)過RS，以加快對(duì)過電壓的吸收，而電容CS只能通過電阻RS放電，這樣就可以衰減放電電流以保護(hù)開關(guān)管.圖1-58晶閘管RC緩沖電路圖1-59RCD關(guān)斷緩沖電路(3)母線吸收式緩沖電路RCD組成的關(guān)斷緩沖電路雖具有較明顯的抑制du/dt的作用，但電阻R的功耗很大，既造成散熱困難，又影響了系統(tǒng)的效率。數(shù)個(gè)開關(guān)管共用一個(gè)母線吸收式緩沖電路的方案既具有抑制du/dt的作用，又可大大降低電阻R的功耗，其緩沖器電路如圖所示。(4)開通緩沖電路開關(guān)管開通時(shí)穩(wěn)態(tài)電流值越大，開通時(shí)間越短，則di/dt越大。圖1-60母線吸收式緩沖電路為了限制di/dt的大小，常采用串聯(lián)電感的方法，開通緩沖電路由電感LS和二極管VDS組成，與開關(guān)管串聯(lián)，在開關(guān)管開通過程中，電感LS限制電流的上升率di/dt；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在電感LS中的能量通過二極管VDS的續(xù)流作用而消耗在VDS和電感本身的電阻上。(5)復(fù)合緩沖電路當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，LS限制電流上升率di/dt，而緩沖電容中的能量經(jīng)CS、RS和LS回路放電，也減少了開關(guān)管承受的電流上升率di/dt。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于CS、VDS限制了開關(guān)管兩端的電壓上升率du/dt。圖1-61開通緩沖電路圖1-62復(fù)合緩沖電路2.饋能式緩沖電路將儲(chǔ)能元件中的儲(chǔ)能通過適當(dāng)?shù)姆绞交仞伣o負(fù)載或電源，可以提高裝置的效率。在饋能過程中，由于采用的元件不同，又可分為無源和有源兩種方式。無源饋能式能量的回饋主要由C0和VDC來實(shí)現(xiàn)，C0稱為轉(zhuǎn)移電容，VDC稱為回饋二極管。在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，緩沖電容器CS充電至電源電壓VCC，在開關(guān)管下一次開通時(shí)，負(fù)載電流從續(xù)流二極管VDf轉(zhuǎn)移至開關(guān)管；同時(shí)電容CS上的電壓轉(zhuǎn)移至電容C0上。當(dāng)開關(guān)管再次關(guān)斷時(shí)，電容CS再次充電，而電容C0向負(fù)載放電，能量得到回饋。圖1-63饋能式復(fù)合緩沖電路1.4.3緩沖電路元件的選擇增加緩沖電容CS，可以有效的抑制過電壓，但抑制過電壓，不宜采用過分增大CS的方法，增大CS會(huì)增加整體損耗。緩沖電路元器件的參數(shù)選擇不當(dāng)，或連線過長造成分布電感LS過大等，也可能產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓。因此盡量減小連接線的分布電感LS,這就意味著要盡可能縮短二極管VDS、電容器CS和開關(guān)管的連線長度。要求二極管VDS能快速開通、反向恢復(fù)時(shí)間trr短和反向恢復(fù)電荷Qr盡量小，吸收電路中的CS和RS應(yīng)當(dāng)是無感元件，以盡可能減小吸收電路的雜散分布電感LS。例如RS不應(yīng)選用線繞式的，而應(yīng)是涂膜工藝制作的無感電阻，電容CS應(yīng)選用低串聯(lián)電阻、電感小且頻率特性好的電容。1.5電力電子器件及變換器的保護(hù)在電力電子變換器中，除了選擇合適的電力電子器件參數(shù)、設(shè)計(jì)良好的驅(qū)動(dòng)電路和緩沖電路外，采用適當(dāng)?shù)倪^電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必要的；功率二極管、晶閘管的過電壓、過電流保護(hù)與變換器的保護(hù)是統(tǒng)一的；而全控型電力電子器件的過電壓和過電流保護(hù)有各自的特點(diǎn)。1.5.1變換器的過壓保護(hù)

1.引起過壓的原因（1）操作過電壓：由拉閘、合閘、快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。（2）浪涌過壓：由雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)進(jìn)入變換器的過壓。（3）電力電子器件關(guān)斷過電壓：電力電子器件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過壓。（4）在電力電子變換器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)造成直流側(cè)直流電壓過高產(chǎn)生的過壓。也稱為泵升電壓。

2.過壓保護(hù)方法過壓保護(hù)的基本原則是：根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當(dāng)達(dá)到—定過壓值時(shí)，自動(dòng)開通附加電路，使過壓通過附加電路形成通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。保護(hù)電路形式很多，也很復(fù)雜。過壓保護(hù)方法的原理圖如圖

圖1-64過電壓保護(hù)方法的原理圖(1)雷擊過壓可在變壓器初級(jí)接避雷器加以保護(hù)。(2)二次電壓很高或電壓比很大的變壓器，一次側(cè)合閘時(shí)，由于一次、二次繞組間存在分布電容，高電壓可通過分布電容耦合到二次側(cè)而出現(xiàn)瞬時(shí)過壓?？刹扇∽儔浩鞲郊悠帘螌咏拥鼗蜃儔浩餍切沃悬c(diǎn)通過電容接地的方法來減小。(3)泵升電壓保護(hù)當(dāng)電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能回饋到直流側(cè)，引起直流側(cè)電壓升高，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，會(huì)造成變換器的過電壓。通常采用開關(guān)電路將能量消耗在電阻上。（4）阻容保護(hù)電路將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓；與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩；RC阻容保護(hù)電路可以設(shè)置在變換器裝置的交流側(cè)、直流側(cè)。也可將RC保護(hù)電路直接并在主電路的元件上，有效地抑制元件關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷過壓。圖1-65幾種RC阻容保護(hù)電路的接法在單相變壓器次級(jí)繞組邊加入的并聯(lián)阻容保護(hù)電路如圖所示，其R、C的計(jì)算公式為

(1-19)(1-20)

式中S—變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為VAU2—變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為V

io％—變壓器勵(lì)磁電流百分值，10～1000KVA的變壓器其值為4～10

uk％—變壓器的短路電壓百分值，10～1000KVA的變壓器其值為5～10

電容C的交流耐壓≥1.5UC，UC為正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。電阻R的功率PR的計(jì)算可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：(1-21)(1-22)

式中UC—正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值

IC—正常工作時(shí)流過阻容電路的交流電流有效值

XC—阻容電路的電抗對(duì)圖所示的三相電路，變壓器二次繞組和阻容保護(hù)電路均采用Y形聯(lián)接的方法，它的R、C計(jì)算公式可直接引用單相時(shí)的計(jì)算式。三相電路、變壓器二次側(cè)為Y聯(lián)結(jié)，而阻容保護(hù)電路為Δ形聯(lián)接。對(duì)此，可首先按式計(jì)算出Y形聯(lián)接時(shí)的阻容值R、C

，然后進(jìn)行Y、Δ聯(lián)接變換，求得Δ聯(lián)接時(shí)相應(yīng)的阻容值，即

(1-23)

(1-24)對(duì)于大容量的變換器，三相阻容保護(hù)裝置可采用圖所示的三相整流式阻容保護(hù)電路。雖然多用了一個(gè)三相整流橋，但只需一個(gè)電容，而且由于只承受直流電壓，故可采用體積小、容量大的電解電容。再者還可以避免變換器中的電力電子器件導(dǎo)通瞬間因保護(hù)電路的電容放電電流所引起的過大的di/dt。RC的作用是吸收電容上的過電壓能量。

阻容保護(hù)接在交流裝置的直流側(cè)，可以抑制因熔斷器或直流快速開關(guān)斷開時(shí)造成的直流側(cè)過壓，其阻容值可按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算

(1-25)(1-26)

式中k=1.5，Ud是直流端電壓。電容器耐壓UC>1.6Ud，電阻功率是(1-27)

(5)非線性電阻保護(hù)非線性電阻具有近似穩(wěn)壓管的伏安特性，可把浪涌電壓限制在電力電子器件允許的電壓范圍；常采用壓敏電阻實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)，壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻；壓敏電阻具有正、反兩個(gè)方向相同但很陡的伏安特性正常工作時(shí)漏電流很小(微安級(jí))，故損耗小。當(dāng)過壓時(shí)，可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流IY，因此抑制過壓的能力強(qiáng)。此外，它對(duì)浪涌電壓反應(yīng)快，體積小，是一種較好過壓保護(hù)器件。缺點(diǎn)是持續(xù)平均功率很小，如正常工作電壓超過它的額定值，則在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)燒毀圖1-66壓敏電阻的伏安特性由于壓敏電阻的正、反向特性對(duì)稱，因此單相電路只需一個(gè)，三相電路用3個(gè)，聯(lián)接成Y形或Δ形

壓敏電阻的主要參數(shù)：①額定電壓U1mA

指漏電流為1mA時(shí)的電壓值。②殘壓比UY／U1mA

UY為放電電流達(dá)規(guī)定值IY時(shí)的電壓。③允許的通流容量指在規(guī)定的波形下(沖擊電流前沿10μs，持續(xù)時(shí)間20μs)允許通過的浪涌電流。圖1-67壓敏電阻保護(hù)的接法1.5.2變換器的過流保護(hù)1.引起過流的原因外部出現(xiàn)負(fù)載過載、交流電源電壓過高或過低、缺相時(shí)引起的電路過電流；電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、線路絕緣老化失效、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，引起的電路過電流；控制電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動(dòng)電路的故障或干擾信號(hào)的侵入引起的誤動(dòng)作，引起的電路過電流；配線等人為的錯(cuò)誤引起的電路過電流。2.過流保護(hù)的方法圖1-68過電流保護(hù)的方法

(1)交流進(jìn)線電抗器，或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限制短路電流。但正常工作時(shí)有較大的交流壓降。(2)直流快速開關(guān)。對(duì)于大、中容量變換器，快速熔斷器的價(jià)格高且更換不方便。為避免過流時(shí)燒斷快速熔斷器，采用動(dòng)作時(shí)間只2ms的直流快速開關(guān)，它可先于快速熔斷器動(dòng)作而保護(hù)電力電子器件。(3)電流檢測裝置，過流時(shí)發(fā)出信號(hào)，過流信號(hào)一方面可以封鎖觸發(fā)電路，使變換器的故障電流迅速下降至零，從而有效抑制了電流。另一方面控制過電繼電器，使交流接觸器觸點(diǎn)跳開，切斷電源。但過流繼電器和交流接觸器動(dòng)作都需一定時(shí)間(100～200ms)。故只有電流不大的情況這種保護(hù)才能奏效。(4)快速熔斷器在晶閘管變換器中，快速熔斷器是應(yīng)用最普遍的過流保護(hù)措施，可用于交流側(cè)、直流側(cè)和裝置主電路中。交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對(duì)元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對(duì)負(fù)載短路起保護(hù)作用，對(duì)元件無保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好。

圖1-69快速熔斷器在電路中的接法

曲線1是額定電流300A的快速熔斷器的安秒特性，表明當(dāng)流過快速熔斷器的電流大于額定電流后，電流越大，熔斷時(shí)間越短；在額定電流以下時(shí)，可以長期工作。曲線2是額定電流200A的晶閘管的安秒特性。在交點(diǎn)A左側(cè)，快速熔斷器的熔斷時(shí)間小于晶閘管燒毀的時(shí)間，所以快速熔斷器可以起到保護(hù)晶閘管的作用。在交點(diǎn)A右側(cè)，晶閘管燒毀的時(shí)間小于快速熔斷器的熔斷時(shí)間，即快速熔斷器保護(hù)不了晶閘管。因此快速熔斷器適用于短路過流保護(hù)，而不適宜過載保護(hù)。圖1-70快速熔斷器和晶閘管的安秒特性與晶閘管串聯(lián)的快速熔斷器的選用原則：①快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值。②快速熔斷器熔體的額定電