全控型器件的驅(qū)動(dòng)及其它共性問(wèn)題

全控型器件的驅(qū)動(dòng)及其它共性問(wèn)題第一節(jié)典型全控型電力電子器件的驅(qū)動(dòng)一、驅(qū)動(dòng)電路概述

1.驅(qū)動(dòng)電路定義：主電路與控制電路之間的接口

2.驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：將電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換使電力電子器件開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)（加在控制端和公共端之間）對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)；對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。3.驅(qū)動(dòng)電路的形式

分立元件構(gòu)成專(zhuān)用的集成驅(qū)動(dòng)電路4.控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)磁隔離的元件通常是脈沖變壓器光隔離一般采用光耦合器(光耦）。其連接類(lèi)型分別有普通型、高速型、高傳輸比型。歸納1驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口性能良好的驅(qū)動(dòng)電路使電力電子器件理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間減小開(kāi)關(guān)損耗對(duì)裝置的運(yùn)行效率，可靠性、安全性有重要意義驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)半控型器件提供開(kāi)通控制信號(hào)關(guān)斷信號(hào)開(kāi)通信號(hào)對(duì)全控型器件提供驅(qū)動(dòng)電路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）。驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)電流驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型晶閘管電流驅(qū)動(dòng)型器件半控型器件觸發(fā)電路

晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路

歸納2用于吸收器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗二極管VD1和電容C1提供+5V電壓常用在回路中接入吸收能量的元件，稱(chēng)為吸收回路。V2開(kāi)通時(shí)輸出正脈沖平頂部分(2)

關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。V關(guān)斷du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過(guò)電壓對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。uCE迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn)A從移動(dòng)到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線(xiàn)隨之移動(dòng)到C。驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括：開(kāi)通電路、關(guān)斷電路和門(mén)極反偏電路三部分。GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括：開(kāi)通電路、關(guān)斷電路和門(mén)極反偏電路三部分。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。5.電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型：

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號(hào)的性質(zhì)，將電力電子器件分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。二、驅(qū)動(dòng)電路

1.電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路（GTO、GTR）GTO的開(kāi)通控制：與普通晶閘管相似，但對(duì)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流；關(guān)斷：施加負(fù)門(mén)極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高，關(guān)斷后還應(yīng)在門(mén)陰極施加約5V的負(fù)偏壓以提高抗干擾能力。

推薦的GTO門(mén)極電壓電流波形GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括：開(kāi)通電路、關(guān)斷電路和門(mén)極反偏電路三部分。典型GTO驅(qū)動(dòng)電路的解釋?zhuān)憾O管VD1和電容C1提供+5V電壓VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路提供+15V電壓。VD4和電容C4提供-15V電壓V1開(kāi)通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖V2開(kāi)通時(shí)輸出正脈沖平頂部分V2關(guān)斷而V3開(kāi)通時(shí)輸出負(fù)脈沖V3關(guān)斷后R3和R4提供門(mén)極負(fù)偏壓柵源間、柵射間有數(shù)千皮法（PF)的電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻?。婚_(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)達(dá)一定值：MOSFET10~15V，IGBT15~20V；關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗；在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。2.電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分無(wú)輸入信號(hào)時(shí)高速放大器A輸出負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓

電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路

IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器第二節(jié)電力電子器件的保護(hù)一、過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)1.過(guò)電壓的產(chǎn)生原因外因過(guò)電壓:主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外因

(1)

操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起

(2)

雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起（浪涌過(guò)電壓）內(nèi)因過(guò)電壓:主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程

(1)

換相過(guò)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(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓；

(2)

關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。過(guò)電壓的產(chǎn)生過(guò)電壓外因過(guò)電壓內(nèi)因過(guò)電壓操作過(guò)電壓雷擊過(guò)電壓換相過(guò)電壓關(guān)斷過(guò)電壓換相過(guò)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(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。關(guān)斷過(guò)電壓全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。電力電子器件換相（關(guān)斷）時(shí)的尖峰過(guò)電壓波形，如圖所示：2.過(guò)電壓的保護(hù)措施針對(duì)過(guò)電壓形成的不同原因，可采用不同的抑制方法。常用在回路中接入吸收能量的元件，稱(chēng)為吸收回路。

（1）阻容吸收（操作過(guò)電壓、換相過(guò)電壓、關(guān)斷過(guò)電壓）（2）壓敏電阻（吸收浪涌過(guò)電壓）壓敏電阻外形同瓷介電容特性曲線(xiàn)同正反相穩(wěn)壓管壓敏電阻的接法：?jiǎn)蜗嗦?lián)接三相星形聯(lián)接

過(guò)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(guò)電壓抑制電容RC1

閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路RC2

閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV

壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RC3

閥器件換相過(guò)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(guò)電壓抑制用RCD電路過(guò)電壓保護(hù)措施二、過(guò)電流的產(chǎn)生及保護(hù)1.產(chǎn)生：短路、過(guò)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流2.保護(hù)：快速熔斷器（IT(AV)≥IFU≥ITM

）快速熔斷器保護(hù)的接法a)串于橋臂中b)串于交流側(cè)

c)串于直流側(cè)

銀質(zhì)熔絲石英沙過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)措施過(guò)電流繼電器快速熔斷器直流快速斷路器同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性過(guò)電流短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作短路過(guò)載過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置快熔是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施，選擇快熔時(shí)考慮：電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。電流容量因按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。快熔的I2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I2t值。保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。保護(hù)方式短路保護(hù)需與其他過(guò)電流保護(hù)措施相配合全保護(hù)只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場(chǎng)合不論過(guò)載還是短路均由快熔保護(hù)只在短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用緩沖電路（吸收電路）作用抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）用于吸收器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗開(kāi)通緩沖電路（di/dt抑制電路）用于抑制器件開(kāi)通的電流過(guò)沖和di/dt，減小開(kāi)通損耗緩沖電路復(fù)合緩沖電路

將關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路結(jié)合在一起耗能式緩沖電路

緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量消耗在其吸收電阻上饋能式緩沖電路（無(wú)損吸收電路）

緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或電流第三節(jié)電力電子器件的緩沖電路

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形

a)電路b)波形通常緩沖電路專(zhuān)指關(guān)斷緩沖電路，將開(kāi)通緩沖電路叫做di/dt抑制電路無(wú)緩沖電路V開(kāi)通電流迅速上升，di/dt很大V關(guān)斷

du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過(guò)電壓有緩沖電路V開(kāi)通

Cs通過(guò)Rs向V放電，使ic先上一個(gè)臺(tái)階，以后因有di/dt抑制電路的Li,ic上升速度減慢。V關(guān)斷負(fù)載電流通過(guò)VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過(guò)電壓。

b)di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路波形tuCEOdidt抑制電路時(shí)無(wú)didt抑制電路時(shí)有有緩沖電路時(shí)無(wú)緩沖電路時(shí)uCEiC電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)因過(guò)電壓:主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程串聯(lián)使用時(shí)要均壓措施：一般在器件上并聯(lián)阻值相等的電阻。uCE迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn)A從移動(dòng)到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線(xiàn)隨之移動(dòng)到C。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓將電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換使電力電子器件開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)（加在控制端和公共端之間）無(wú)緩沖電路(2)

關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。全控型器件的驅(qū)動(dòng)及其它共性問(wèn)題只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場(chǎng)合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(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。驅(qū)動(dòng)電路定義：主電路與控制電路之間的接口無(wú)輸入信號(hào)時(shí)高速放大器A輸出負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。驅(qū)動(dòng)電路定義：主電路與控制電路之間的接口icBADC無(wú)緩沖電路有緩沖電路ucE0關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線(xiàn)無(wú)緩沖電路uCE

迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn)A從移動(dòng)到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線(xiàn)隨之移動(dòng)到C。有緩沖電路CS的分流使iC在uCE開(kāi)始上升的同時(shí)就下降，負(fù)載線(xiàn)經(jīng)過(guò)D到達(dá)C，負(fù)載線(xiàn)ABC經(jīng)過(guò)的是小電流、小電壓區(qū)，器件的關(guān)斷損耗比無(wú)緩沖電路時(shí)降低。LCSRSEd緩沖電路負(fù)載LCSRSEd緩沖電路負(fù)載RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDsb)c)a)a)充放電型RCD緩沖電路另外兩種常用緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路第四節(jié)電力電子器件的串、并聯(lián)使用一、晶閘管的串聯(lián)使用目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。問(wèn)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。3.串聯(lián)使用時(shí)要均壓措施：一般在器件上并聯(lián)阻值相等的電阻。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，Rj的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。動(dòng)態(tài)均壓措施通常在元件兩端并聯(lián)R、C阻容吸收回路，它既可起過(guò)電壓保護(hù)作用，又可利用電容電壓不能突變而減慢元件上的電壓變化以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均壓的目的目的：多個(gè)器件并聯(lián)來(lái)承擔(dān)較大的電流。問(wèn)題：SCR會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。二、晶閘管的并聯(lián)使用a）電阻均流法：均流電阻阻值大于SCR導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻b）電抗均流法(2)

關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。RV壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RC3閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路產(chǎn)生：短路、過(guò)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流GTO的開(kāi)通控制：與普通晶閘管相似，但對(duì)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流；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(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。常用在回路中接入吸收能量的元件，稱(chēng)為吸收回路。過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置uCE迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載線(xiàn)A從移動(dòng)到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線(xiàn)隨之移動(dòng)到C。（2）壓敏電阻（吸收浪涌過(guò)電壓）RC1閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式RC電路問(wèn)題：SCR會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓VD4和電容C4提供-15V電壓?jiǎn)栴}：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。二、過(guò)電流的產(chǎn)生及保護(hù)電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)電路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）。RV壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RC3閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路V1開(kāi)通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖VD4和電容C4提供-15V電壓只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場(chǎng)合GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括：開(kāi)通電路、關(guān)斷電路和門(mén)極反偏電路三部分。串聯(lián)使用時(shí)要均壓措施：一般在器件上并聯(lián)阻值相等的電阻。饋能式緩沖電路（無(wú)損吸收電路）緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)