单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1.6 电力电子器件器件的驱动,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,1.6.2 晶闸管的触发电路,1.6.3 典型全控型器件的驱动电路,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,一驱动电路作用,：,主电路与控制电路之间的接口,使电力电子器件工作在较,理想的开关状态,，缩短开关时间，减小,开关损耗，对装置的运行效率、可靠性、安全性有重要的意义；,器件或整个装置的保护电路通常设在驱动电路中，或通过驱动电,路实现。,二驱动电路的基本任务,将信息电子电路传来的,控制信号,按要求转换成加在电力电子器件,控制端与公共端之间的驱动信号，保证其可靠开通或关断；,对半控型器件,只需提供,开通控制信号,；,对全控型器件,则既要提供开通控制信号，又提供关断控制信号；,驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的,电气隔离环节,，,电气隔离环节一般采用,光电隔离,或,磁电隔离,的型式。,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,光隔离一般采用光耦合器,磁隔离的元件通常是脉冲变压器,E,R,E,R,E,R,A）普通型,B）高速型,C）高传输比型,U,IN,U,OUT,I,D,R,1,R,1,R,1,I,C,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,三从提供的驱动信号的类型可分为两类,1电流驱动型驱动电路,2电压驱动型驱动电路,四从电路的具体形式可为两种类型,1分立元件驱动电路,2专用集成驱动电路,但目前的趋势是采用专用集成驱动电路,双列直插（,数字,）式集成驱动电路；,混合集成驱动电路（将,光耦隔离电路,也集成在内）；,为达到参数的最佳配合，器件厂家生产有配套的集成驱动电路；,不同的电力电子器件都有自己的,专用集成驱动电路,。,1.6.2 晶闸管的触发电路,一作用,：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管的可靠导通,图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形,二对晶闸管触发电路的要求,1脉冲的宽度应保证晶闸管,可靠导通；,（,I,A,大于擎住电流,I,L,）,2触发脉冲应有足够的,幅度,3不超过门极电压、电流和,功率定额，且在可靠触发,区域之内。,4应有良好的抗干扰性能和,温度稳定性以及与主电路,的电气隔离。,t,1,t,2,：,脉冲前沿上升时间 1,s,t,1,t,3,：,强脉宽度,t,1,t,4,：,脉冲宽度 0.5mS,I,GT,：最大触发电流,I,t,t,1,t,2,t,3,t,4,I,M,强脉冲幅值,3,I,GT,5,I,GT,脉冲平顶幅值,1.5,I,GT,2,I,GT,1.6.2 晶闸管的触发电路,三常见的晶闸管触发电路,（1）,V,1,、,V,2,构成,脉冲放大环节,（2）脉冲变压器,TM,和附属电路构成,脉冲输出环节,TM,R,1,R,2,R,3,V,1,V,2,VD,1,VD,3,VD,2,R,4,+E,1,+E,2,V,1,、,V,2,导通时，通过脉冲,变压器,TM,向晶闸管的门极,和阴极之间输出触发脉冲；,当,V,1,、,V,2,由导通变为截止,时，脉冲变压器通过,VD,1,和,R,3,释放其储存的能量。,图1-27 常见的晶闸管触发电路,1.6.3 典型全控型器件的驱动电路,一电流驱动型器件的驱动电路,其,开通控制与普通晶闸管相似，但对,脉冲前沿的幅值和陡度要求高，一般,需在整个导通期间施加正门极电流；,其,关断时需施加负门极电流，对其幅,值和陡度的要求更高，关断后还应在,门阴极之间施加约,5V,的负偏压以提高,抗干扰能力；,驱动电路通常包括,开通,、,关断驱动电,路,和,门极反偏电路,三部分；,可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合,式两种类型。,图,1-28推荐的GTO门极电压电流波形,1,GTO,的驱动电路,O,t,t,O,u,G,i,G,正的门极电流,5V的负偏压,该电路是目前应用较广的一种电路，他可避免电路内部相互干扰,和寄生振荡，获得较陡的脉冲前沿，但其功耗大，效率较低,V,1,导通输出正强脉冲；,V,2,导通输出脉冲平顶部分,V,2,关断而,V,3,导通输出负脉冲；,V,3,关断后,R,3,和,R,4,提供门极负偏压,典型的直接耦合式 GTO 驱动电路,50kHz,50V,GTO,N,1,N,2,N,3,C,1,C,3,C,4,C,2,R,1,R,2,R,3,R,4,V,1,V,3,V,2,L,VD,1,VD,2,VD,3,VD,4,+15,V,+5,V,-,15,V,VD,1,C,1,整流电路,提供,5V,电压,VD,2,VD,3,C,2,C,3,倍压整流电路,提供,15V,VD,4,C,4,整流电路,提供,15V,电压,一电流驱动型器件的驱动电路,2,GTR,的驱动电路,开通驱动电流应使,GTR,处于准饱和导通状态，使之不进入,放大区,和,深饱和区,；,关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（,6V,左右）的负偏压。,图1-30理想的,GTR,基极驱动电流波形,t,O,i,b,关断,GTR,时，施加一定,的负基极电流，有利于,减小：,关断时间,关断损耗,一种,GTR,的驱动电路：,包括电气隔离和晶体管放大电路两部分,如,V,5,驱动,电流过大，会使,V,过饱和。贝克箝位电路（抗饱和电路）,会在,V,过饱和时，因其集电极电位低于基极电位，,VD,2,自动导通，,使多余的驱动电流流入集电极，维持,Ubc0,；,C,2,为,加速电容，,V,5,导通时，,R,5,被,C,2,短路。可实现驱动电流的过,冲、增加前沿陡度，以加快开通。,光电,隔离,VD,2,VD,3,构成贝克,箝位电路,VS,双向,稳压管,二电压驱动型器件的驱动电路,驱动电路的基本特征：,电力,MOSFET,和,IGBT,是电压驱动型器件；,栅源间、栅射间存在数千皮法的电容，为加快栅源间驱动,电压的建立，要求驱动电路的输出电阻尽可能小；,MOSFET,开通的驱动电压一般为：,10 15V,IGBT,开通的驱动电压一般为：,15 20V,关断时要施加一定幅值的负驱动电压：,5 15V,有利于减小关断时间和关断损耗；,在栅极串入一只数十欧左右的电阻，可以减小寄生振荡。,二电压驱动型器件的驱动电路,电力,MOSFET,的一种驱动电路,专用,MOSFET,混合集成驱动电路 M57918L（三菱公司产品），,输出最大脉冲电流：2A 和3A，输出驱动电压：15V和10V；,输入信号电流幅值：16mA。,无输入信号时，,A,输出负电平，,V,3,导通输出负驱动电压；,有输入信号时，,A,输出正电平，,V,2,导通输出正驱动电压；,1MOSFET 的驱动电路,：,光电,隔离,高速,放大器,放大驱动,电路,2IGBT 的驱动,：多采用专用的混合集成驱动器,如：三菱公司的 M579 系列：M57959L、M57962L；,富士公司的 EXB 系列：EXB840、EXB850等；,图,133,M57962L,型,IGBT,驱动器的原理和接线图,具有内部,退饱和检测,和,保护环节,，产生过电流时能快速响应但,慢速关断,IGBT,，并向外部电路,输出故障信号,。,M57962L 的正驱动电压：15V 左右，负驱动电压：10V。,1.7 电力电子器件器件的保护,1.7.1 过电压的产生及过电压保护,1.7.2 过电流保护,1.7.3 缓冲电路（,Snubber Circuit,）,1.7.1 过电压的产生及过电压保护,一电力电子装置可能的过电压,1外因过电压,：主要来自雷击和系统中的操作过程等外部因素引起,操作过电压,由分闸、合闸等开关操作引起；,雷击过电压,由雷电引起；,2内因过电压,：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程,换相过电压,晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结,束后不能立刻恢复阻断，有较大的反向电流流过，当恢复阻断,能力时，反向电流急剧减小，会因线路电感在器件两端感应出,过电压；,关断过电压,全控型器件关断时，正向电流迅速降低而因线路,电感在器件两端感应出的过电压,二电力电子装置的过电压保护,上述保护电路,视具体情况采用其中的几种；,其中,RC,3,和,RCD,为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。,图1-34过电压抑制措施及配置位置,阀侧浪涌过电压,抑制用 RC 电路,空气开关,静电感应过电压抑制电容,刀开关,变压器静电屏蔽层,避雷器,直流侧RC,抑制电路,器件换相过电压,抑制用 RC 电路,压敏电阻,过电压抑制器,阀侧浪涌过电压抑制,反向阻断式 RC 电路,器件关断过电压,抑制用 RCD 电路,1.7.2 过电流保护,一过电流,：,分为过载和短路两种情况,快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器（仅适用晶闸管）,负载,触发电路,开关电路,过电流,继电器,交流断路器,动作电流,整定值,短路器,电流检测,电子保护电路,快速熔断器,变流器,直流快速断路器,电流互感器,变压器,图1-37过电流保护措施及配置位置,二过电流保护措施,同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性；,快熔,是电力电子装置中有效和应用广泛的一种过电流保护措施；,选择,快熔,时应考虑：,（1）电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定；,（2）电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定；,（3）快熔的,I,2,t,值应小于被保护器件的允许,I,2,t,值；,（4）为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间,电流特性；,快熔对器件的保护方式：,全保护,和,短路保护,两种,全保护方式,：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或,器件裕度较大的场合；,短路保护方式,：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用；,二过电流保护措施,对重要的且易发生短路的晶闸管设备或全控型器件，,（很难用快熔保护）,采用电子电路进行过电流保护,；,全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节,对器件的过电流响应最快,；,电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段保护；,直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护；,过电流继电器整定在过载时动作，实现保护；,1.7.3 缓冲电路（,Snubber Circuit,）,缓冲电路又称 吸收电路，用于抑制器件的：,内因,过电压,、,过电流,、,du,/,dt,、,di,/,dt,，减小器件的,开关损耗,一缓冲电路的分类,1关断缓冲电路,（d,u,/d,t,抑制电路）,吸收器件的,关断过电压,和,换相过电压,，抑制,d,u,/d,t,，减小关断损耗,2开通缓冲电路,（d,i,/d,t,抑制电路）,抑制器件,开通时的电流过冲,和,d,i,/d,t,，减小器件的开通损耗,3复合缓冲电路,：将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起,按吸收能量去向分类：,耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）,通常 缓冲电路 用于专指：,关断缓冲电路,而将,开通缓冲电路,叫做：,di/dt 抑制电路,二缓冲电路作用分析,a）电路 b）波形,di,/,dt,抑制电路和充放电型RCD 缓冲电路及波形,关断时的负载线,有缓冲电路当V开通时：,C,s,通过,R,s,向V放电，使,i,C,先上一个台阶，,以后因有,L,i,，,i,C,上升速度减慢,有缓冲电路当V关断时：负载电流通过,VD,s,向,C,s,分流，减轻了V的,负担，抑制了,du,/,dt,和过电压,开通时电流迅速上升,di,/,dt,很大,关断时,du/dt,很大,出现很高的过电压,充放电型,RCD,缓冲电路适用于中等容量的场合,a,）,RC,吸收电路 b,）,放电阻止型吸收电路,两种常用的缓冲电路,RC,缓冲电路主要,用于小容量器件,放电阻止型,RCD,缓冲电路,用于中或大容量器件,三缓冲电路中的元件选取及其他注意事项,1,C,s,和,R,s,的取值可由实验确定或参考工程手册,2VDs 必须选用快恢复二极管，额定电流不小于主电路器件的1/10,3尽量减小线路电感，且选用内部电感小的吸收电容,4在中小容量场合，若线路电感较小，可只在直流侧设一个du/dt,抑制电路,5对IGBT甚至可以仅并联一个吸收电容,6晶闸管在实用中一般只承受换相过电压