电力电子技术-驱动电路

1、电力电子技术电力电子技术驱动电路驱动电路 Power Electronics2n驱动电路的驱动电路的作用作用 将控制电路输出的将控制电路输出的PWMPWM脉冲放大到足以驱动脉冲放大到足以驱动功率晶体管功率晶体管开关功率放大开关功率放大作用作用。n优良的驱动电路优良的驱动电路 改善功率晶体管的开关特性，减小开关损改善功率晶体管的开关特性，减小开关损耗，提高整机效率和器件可靠性。（即尽耗，提高整机效率和器件可靠性。（即尽量快开、快关）量快开、快关）1 电力电子变流装置驱动电路的作用电力电子变流装置驱动电路的作用32 GTR对驱动电路的要求对驱动电路的要求n设计基极驱动电路考虑的因素设计基极驱动电路

2、考虑的因素优化驱动特性优化驱动特性 要求功率晶体管快开、快关，并且功耗小要求功率晶体管快开、快关，并且功耗小驱动方式驱动方式 驱动电路与主电路之间的连接方式驱动电路与主电路之间的连接方式自动快速保护功能自动快速保护功能 故障时，自动切断基极驱动信号故障时，自动切断基极驱动信号4ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd图 GTR的开通和关断过程电流波形2 GTR对驱动电路的要求对驱动电路的要求5图图 比较理想的基极驱动电流波形比较理想的基极驱动电流波形2 GTR对驱动电路的要求对驱动电路的要求6优化驱

3、动特性优化驱动特性上升沿陡/过冲合适的饱和深度反向抽流1.1.Q Q开始开始开通开通时时, ,驱动脉冲上驱动脉冲上升沿陡、有一定的过冲升沿陡、有一定的过冲开通快开通快2.Q2.Q导通导通期间，合适的饱和深期间，合适的饱和深 度导通压降低，驱动功率度导通压降低，驱动功率 小，小，关断快关断快（存储时间小）（存储时间小）3.3.关断关断瞬间反向驱动（抽流瞬间反向驱动（抽流 能力强）能力强）关断快关断快7n恒流驱动恒流驱动是是GTRGTR的一种常见驱动电路，经常配的一种常见驱动电路，经常配合其他电路一起使用合其他电路一起使用n原理：让原理：让I Ib bIIcmaxcmax/ ，并恒定，无论负载，并

4、恒定，无论负载如何（如何（I IC C变化），晶体管都工作在饱和状态。变化），晶体管都工作在饱和状态。3 GTR驱动电路简介驱动电路简介8一种普通的恒流驱动电路一种普通的恒流驱动电路第一级放大第一级放大第二级放大第二级放大1.1.光耦通，光耦通，Q1Q1截止，截止，Q2Q2、Q3Q3导通，为功率晶体管导通，为功率晶体管Q Q提供提供恒定基极电流恒定基极电流2.2.光耦断，光耦断，Q1Q1导通，导通，Q2Q2、Q3Q3截止，截止，IbIb0 09n恒流驱动缺点：恒流驱动缺点：轻载时深度饱和，关断时间长。轻载时深度饱和，关断时间长。 抗饱和电路抗饱和电路 导通慢导通慢 加速电容加速电容10n加速电

5、容加速电容加快功率管的开通过程加快功率管的开通过程Q1off, QonQ1off, Qon: :C C先将先将R2R2短路短路开通电流尖峰；稳态开通电流尖峰；稳态,C,C充完电充完电,R1,R1、R2R2决定决定I Ib b；+ Q1 on, Q off:Q1 on, Q off:u uC C反加在反加在bebe间，间，Q Q的的IbIb通过通过Q1Q1反向抽流。反向抽流。C C作用：加速导通、截止反偏作用：加速导通、截止反偏。恒流驱动电路恒流驱动电路11n抗饱和电路抗饱和电路使功率管处于浅饱和使功率管处于浅饱和 原理：原理：1.1.若若Q Q深度饱和深度饱和, ,则则D2D2导通，导通，Ib

6、Ib减小，饱和程度下降减小，饱和程度下降2.D32.D3为反向基流提供通路为反向基流提供通路 电路组成：电路组成：抗饱和二极管抗饱和二极管D1D1、D2D2反向基极提供回反向基极提供回路路D3D3 电路特点：电路特点：抗饱和驱动抗饱和驱动,ts,ts，导通损耗，导通损耗，驱动电流损失，驱动电流损失恒流驱动电路恒流驱动电路12改进的抗饱和电路改进的抗饱和电路D2D2加置在前级驱动管的基极、用前级驱动管加置在前级驱动管的基极、用前级驱动管的的bebe代替代替D1D1，减小驱动电路损耗，节省元件，减小驱动电路损耗，节省元件D2恒流驱动电路恒流驱动电路13光耦隔离光耦隔离放大放大互补互补驱动驱动加速加

7、速电容电容抗饱和钳位钳位提供提供反流反流通路通路1.ui1.ui高，光耦通，高，光耦通，Q2Q2截止，截止，Q3Q3导通，加速电容加速导通，加速电容加速Q Q导通，导通，D2D2、D3D3使使Q Q工工作在临界饱和状态，稳态时为作在临界饱和状态，稳态时为Q Q提供稳态基极电流提供稳态基极电流IbIb（U UCC2CC2U Uce3ce3U UD3D3U Ubebe）/ /（R4R4R5R5）2.ui2.ui低，光耦截止，低，光耦截止，Q2Q2导通，导通，Q4Q4导通，导通，D4D4、C C、Q4Q4组成反向抽流回路，减组成反向抽流回路，减小小tsts；反向抽流结束后，由；反向抽流结束后，由DW

8、DW、D5D5、D4D4、Q4Q4组成释放回路供电容继续放组成释放回路供电容继续放电，同时电，同时DWDW给给Q Q的基射极施加反向电压，加速其截止的基射极施加反向电压，加速其截止恒流驱动电路恒流驱动电路14 比例驱动电路比例驱动电路n恒流驱动恒流驱动基极电流恒定，功率管饱和导基极电流恒定，功率管饱和导通通 优点：电路简单；优点：电路简单； 缺点：驱动损耗大，存储时间长缺点：驱动损耗大，存储时间长n比例驱动比例驱动基极电流正比于集电极电流变基极电流正比于集电极电流变化。轻载时不至于深度饱和，避免了化。轻载时不至于深度饱和，避免了tsts大大的缺点。的缺点。15 比例驱动电路比例驱动电路反激式比

9、例驱动电路反激式比例驱动电路原理：原理：Q1 on:Q1 on:同名端负，同名端负，Q off;Q off;只有只有N1N1有电流，要求大储有电流，要求大储能，变压器饱和，由能，变压器饱和，由R1R1限流；限流；Q1 off:Q1 off:能量从能量从N1N1驱动侧驱动侧NbNb，驱动，驱动Q on, iNf=iC,iCQ on, iNf=iC,iC从同名从同名端流进，变压器退饱和。端流进，变压器退饱和。16IGBTIGBT的驱动电路的驱动电路17图 IGBT的开关过程10%10%90%90%ttt10%10%90%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2toffto

10、ntfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICMIGBT对对驱动电路的基本要求驱动电路的基本要求18(1)栅极正偏电压栅极正偏电压+UGE的影响的影响(2)栅极负偏压栅极负偏压-UGE的影响的影响(3)栅极电阻栅极电阻RGIGBT对对驱动电路的基本要求驱动电路的基本要求19(1)栅极正偏电压栅极正偏电压+UGE的影响的影响图图 IGBT通态电压与栅极电压的关系通态电压与栅极电压的关系当当UGEUGE增加时，通态电压下降，增加时，通态电压下降，IGBT IGBT 的开通损耗的开通损耗下降下降. . UGE UGE 增加到一定程度之后对增加到一定程度之

11、后对IGBT IGBT 的负载短路能的负载短路能力及力及dUCE/dtdUCE/dt 电流有不利影响电流有不利影响 20(2)栅极负偏压栅极负偏压-UGE的影响的影响图图 集电极浪涌电流与栅极负电压的关系集电极浪涌电流与栅极负电压的关系负偏压的增高会使集电极浪涌负偏压的增高会使集电极浪涌电流明显下降，从而避免使电流明显下降，从而避免使IGBT IGBT 发生擎住现象。发生擎住现象。21(3)栅极电阻栅极电阻RG栅极电阻栅极电阻增加增加，使，使IGBT IGBT 的开通与关断的开通与关断能耗均增加能耗均增加 。栅极电阻栅极电阻减小减小又使又使di/dtdi/dt 增大，可能增大，可能引发引发IG

12、BT IGBT 误导通。误导通。 通常通常RG RG 一般取十几欧到几百欧之间。一般取十几欧到几百欧之间。 221 IGBT对对驱动电路的基本要求驱动电路的基本要求由于是由于是容性容性输入阻抗，输入阻抗，IGBT IGBT 对栅极电荷集聚很敏对栅极电荷集聚很敏感，因此要保证有一条低阻抗值得感，因此要保证有一条低阻抗值得放电回路放电回路。 栅极电路中的栅极电路中的正正偏压应为偏压应为+15+1520V20V，负负偏压偏压-5-5- -15V15V。 驱动电路应与整个控制电路在电位上严格驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离隔离。 栅极驱动电路应尽可能简单实用，具有对栅极驱动电路应尽可能简单实用，具有对IGBT IGBT 的的自保护功能自保护功能，并有较强的抗干扰能力。，并有较强的抗干扰能力。 23图 IGBT的驱动电路2 IGBT驱动驱动电路的介绍电路的介绍24图 M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图2 IGBT驱动驱动电路的介绍电路的介绍25 GTR GTR驱动电路的特点是驱动电路的特点是: :驱动电路提供的驱动电流有驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿足够陡的前沿, ,并有一并有一定的定的过冲过冲, ,这样可加速开通过程这样可加速开通过程, ,减小开通损耗减小开通损耗, ,关关断时断时,