电力电子器件及共性问题

1,全控型器件及应用的共性问题,2为晶体管提供基极电流，IGBT导通。,导通压降：电导调制效应使电阻RN减小,使通态压降小。,关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。,29,2,*开关频率略低于MOSFET;,*电压电流容量大，高于GTR;,*驱动电流小，驱动电路简单;,其它新型器件自学,30,总结,电压驱动型：特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型：特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路较复杂。,31,当前的格局:电压电流额定值由高到低:SCR、GTO、IGBT、GTR、P-MOSFET。工作频率由高到低：P-MOSFET、IGBT、GTR、GTO、SCR。,总结,32,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,驱动电路主电路与控制电路之间的接口。可使电力电子器件工作在较理想的开关状态；在驱动电路中设置对器件或整个装置的一些保护措施。,驱动电路的基本任务:,*将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。（半控型器件、全控型器件）,*提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。,1、引言,33,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,光隔离-一般采用光电耦合器。,磁隔离-通常采用脉冲变压器，多用于晶闸管触发电路中。,34,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,2、晶闸管触发电路,作用：产生门极触发脉冲，保证SCR需要时由阻断转为导通。,限流电阻,*V1、V2导通时,*V2关断时,UVD3=UGK,产生输出脉冲,防止负脉冲和干扰,35,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,3.电流驱动型器件的驱动电路,通常包括开通驱动电路、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。,*GTO驱动电路-大容量电路的场合,直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低。,36,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,*GTO直接耦合式驱动电路,37,二极管VD1和电容C1提供+5V电压VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压VD4和电容C4提供-15V电压,典型的直接耦合式GTO驱动电路：,V1开通时，输出正强脉冲V2开通时输出正脉冲平顶部分V2关断而V3开通时输出负脉冲V3关断后R3和R4提供门极负偏压,38,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,*GTR驱动电路,3.电流驱动型器件的驱动电路,开通驱动电流应使GTR处于临界饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。,关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。,构成贝克箝位电路，即抗饱和电路,39,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,*GTR驱动电路,电气隔离,晶体管放大电路,40,GTR的驱动电路分析：,*二极管VD2和电位补偿二极管VD3构成贝克箝位抗饱和电路。,负载较轻时，V5发射极电流全注入V，会使V过饱和。当V过饱和使得集电极电位低于基极电位时，VD2会自动导通，使多余的驱动电流流入集电极，维持Ubc0。,*C2-加速开通过程的电容，也有储能作用。,开通时，R5被C2短路。可实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开通。,*关断驱动电路：由C2、V6、Vs、VD4、R5构成。,*V导通时，C2电容极性为左“+”右“-”。,*当V5截止、V6导通，C2先通过V6、V的发射结和VD4放电，使V截止；,*接着，VS使C2继续放电。VS上的电压使V的发射结反偏；,*C2还通过R5放电。（开通充电储能，关断释放能量）,41,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,4.电压驱动型器件的驱动电路,电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。要求驱动电路具有较小的输出电阻，使Cin快速充电，快速建立驱动电压。,栅源、栅射极间驱动电压一般取15V左右，关断时，施加-10V左右的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。,在栅极串入一只数欧至数十欧电阻，可以减小寄生振荡。电阻阻值随驱动器件电流增大而减小。,42,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,电力MOSFET的一种驱动电路：电气隔离和晶体管放大两部分,V2，V3互补功放,高速放大器输入高电平，,高速放大器输入低电平，,UGS=+15V,UGS=-10V,双向限幅保护,43,IGBT的驱动电路-多采用专用的混合集成驱动器(过流保护),2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的驱动电路,IGBT,44,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,1.过电压的产生及过压保护,外因过电压：主要来自电力系统的开关操作（如分、合闸等）、电网波动、闪变、电网谐波污染以及雷击等引起的浪涌尖峰。这些影响会由供电变压器电磁感应，或经变压器绕组分布电容静电感应耦合到PE装置中。,内因过电压：是指在PE装置内部、电力电子器件控制换流的开关过程中，由于电流发生突变会因线路电感而在器件两端产生的过电压。,45,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,外因过电压抑制措施:1)RC过电压抑制电路最为常见。,RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。,46,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,外因过电压抑制措施:2)整流式RC阻容吸收电路。,常用于大容量电力电子装置中。,47,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,2.过电流保护-过载和短路,过电流保护的方式主要有：,*快速熔断器、直流快速断路器或者过流继电器。,*电子电路保护,1）对电动机起动的冲击电流或过载等变化较慢的过电流，可以利用控制系统本身调节器对电机电流进行限制。,2）设置专门的过电流保护电子电路，利用电流互感器、霍尔电流传感器或者取样电阻来检测电流，当电流超过一定门限时，驱使网侧断路器分断，或通过电子保护电路去控制触发电路、驱动电路或直接关断主电路器件。,3）专门的电子热保护实现过载保护。,48,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,3.缓冲电路(Snubber),作用：防止PE系统内因过电压尖峰，保护器件，减小开关损耗。,1)关断缓冲电路(RCD)-du/dt抑制电路,吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。,2)开通缓冲电路(LRD)-di/dt抑制电路,抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。,*充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。,*电路中使用中大功率无感电阻、高压无感电容、快恢复高压二极管。,49,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,RCD缓冲电路作用分析:,无缓冲电路：,V开通时电流迅速上升，di/dt很大,关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。,有缓冲电路：,V开通时：Cs通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减慢。,V关断时：负载电流通过VDs向Cs充电，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压。,*减缓du/dt；*吸收尖峰；*充电分流使V电流减小,50,2&9.2电力电子器件应用的共性问题,电力电子器件的保护,4.RC简单吸收电路,主要用于小容量全控器件和中大容量SCR、二极管和继电器线圈。SCR正反向均有阻断作用，不宜