第九章器件的驱动

电力电子器件器件的驱动9.1.1电力电子器件驱动电路概述9.1.2晶闸管的触发电路9.1.3典型全控型器件的驱动电路9.1电力电子器件驱动电路概述驱动电路——主电路与控制电路之间的接口

性能良好的驱动电路，可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，可靠性和安全性都有重要意义。器件的驱动电路除完成驱动功能外，往往还完成故障保护和电气隔离。9.1.19.1.1电力电子器件驱动电路概述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，一般采用光隔离或磁隔离。

光隔离一般采用光耦合器,用于数十khz以下

磁隔离的元件通常是脉冲变压器,最高可达几MHZ图9-1光耦合器的类型及接法a)普通型b)高速型c)高传输比型9.1.1电力电子器件驱动电路概述按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱动型。驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。分类晶闸管的触发电路晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门限触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路满足下列要求：9.1.2

1.触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。对感性和反电势负载用宽脉冲或脉冲列触发。三相全桥式采用宽于60度或采用相隔60度的双窄脉冲。2.触发脉冲应有足够的幅度。对户外寒冷地区，脉冲电流的幅度应增大为器件触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需要增加，一般需达1-2A/us。

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、温度稳定性及与主电路的电气隔离。晶闸管的触发电路可控硅常见触发驱动电路：b1端高压—>V1通-V2导通—>脉冲变压器初级电流通过—>脉冲变压器次极感应电压（上正下负）—>VD2导通—>通过R4限流输出正脉冲b1端低电平—>V1截止—>V2截止—>TM脉冲变压器初级经过R3和VD，构成反方向电流通过—>脉冲变压器次极感应电压（上负，下正）—>VD2截止—>无脉冲输出图9-2理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s）t1~t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）图9-3常见的晶闸管触发电路9.1.2ItIMt1t2t3t4典型全控型器件的驱动电路GTR是电流驱动型器件导通GTR的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态，使之不进入放大区或深饱和区。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，关断后同样应在基射极之间加一个负偏压（6V左右）

9.1.31.电流驱动型器件的驱动电路

图9-6理想的GTR基极驱动电流波形tOib图9-7是一种典型的GTR基极驱动电路。图中VD2和VD3构成贝克钳位电路，可使GTR处于临界饱和导通。图中C2为开通加速电容。电路分析：A端高电平——>光耦通电流——>V2导通——>V3截止——>V4通——>V5通，V6截止——>通过C2，R5在GTR基极加入脉冲电流A端低电平——>光耦不通——>V2截止——>V3导通——>V4，V5截止——>V6导通——>通过VD4，R5，GTR基极反向抽流，加速GTR截止图9-7GTR的一种驱动电路9.1.3VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2典型全控型器件的驱动电路2.电压驱动型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件电力MOSFET和IGBT的栅射极之间都有数百至数千皮法的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。MOSFET栅极驱动电压一般取10-15V。IGBT取15-20V关断时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。在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。9.1.3电力MOSFET的一种驱动电路A+-MOSFET20V20VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+VCC典型全控型器件的驱动电路9.1.3图中A为高速放大器，V2和V3构成图腾柱输出驱动电路。背靠背反串稳压管用于MOSFET门极保护。工作原理分析如下：Ui无信号——>V1截止——>放大器A输出负电平——>V3通——>MOSFET栅极反向抽流，加速关断Ui有信号——>光耦通——>V1通——>放大器输出正电平——>V2通——>+Vcc->V2->R2构成通路向MOSFET栅极充电，加速MOSFET导通实际应用如功率器件的用量较大或可靠性要求较高，可选用集成驱动电路如驱动GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL驱动MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110驱动IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。电力电子器件器件的保护

9.2.1过电压的产生及过电压保护9.2.2过电流保护9.2.3缓冲电路（SnubberCircuit）9.2在电力电子电路中，除了主电路设计正确，电力电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护，过电流保护，du/dt保护和di/dt保护是必要的。

过电压的产生分外因过电压和内因过电压两类:1.外因过电压：a.操作过电压b．雷击过电压2.内因过电压：a.换相过电压b.关断过电压过电压的产生及过电压保护

9.2.1过电压的产生及过电压保护电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因

(1)

操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起(2)

雷击过电压：由雷击引起内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程

(1)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，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压(2)关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

9.2.1

过电压和抑制措施及配置如图9-10所示。过压抑制的种类：a.R．C电路b.压敏电阻c.RDC电路图9-10过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路

9.2.1

SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC过电流保护过电流——过载和短路两种情况

常用措施（图9-13）电力电子装置运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分过载和短路两种，图9-13给出了各种过电流保护措施及其配置位量。图9-13过电流保护措施及配置位置9.2.2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一般掉电力远电子惯装置针均同剃时采绣用几缺种过涨电流闭保护窄措施茅：a电子坏电路室过流姐保护挪电路视，就符近保乒护功蓬率器爹件，发如SC缎R，GT颠R，MO吃SF策ETb快速济熔断侧器：溪电子卷保护愚不起技作用届时，安由快编速熔变断完漫成c交流咱断路渐器，漏前两纽奉种保粥护不捉起作毯用，垒由交示流熔产断器袋完成锄切断走电路顿。这张种保外护最启彻底拘，但旨速度末较慢呈。过电掘流保举护9.缓2.失2缓冲务电路插又称励吸收保电路筒。其展作用谁是抑歌制电唐力电他子器梨件的择内因贼过电跳压、du罪/d鞠t电压坛上升爆率、di佳/d挠t电流捆上升贝率，急减小微器件毕的开舰关损旅耗缓冲穷电路级可分真为关烛断缓哀冲电溉路和桌开通觉缓冲干电路堡。缓冲华电路扒（Sn朴ub鼠be补rCi钉rc普ui仓t）9.饿2.层3A.关断鄙缓冲密电路瞒又称du拦/d葡t抑制轿电路棕，用损于吸拨收器赠件的梢关断召电压史和换乌相过丈电压描，抑胖制du抖/d优t上升件率，霜减小偷关断峰损耗招，典获型由RD买C元件铜构成阔。B.开通宽缓冲构电路谜又称固为di帮/d菌t抑制棍电路屠，用折于抑亲制器累件开眼通时具的电第流过成冲和di叼/d斗t，减小夺器件闸的开努通损欧耗，痛典型匆由RD钟L器件词构成残。图9-惜14di/dt抑制殖电路旁和充放烈电型RC根D缓冲绑电路昏及波德形a)电路b)波形缓冲戏电路（Sn谅ub点be触rCi消rc悔ui围t）9.赠2.乓3a)b)RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC关断懂时的榨负载宰曲线图9-义15关断镜时的渣负载估线无缓司冲电观路时：uCE迅速籍升，L感应永电压使VD通，很负载樱线从A移到B，之后iC才下晕降到陶漏电激流的遵大小征，负雕载线时随之喊移到C。有缓蝇冲电栋路时凳：Cs分流社使iC在uCE开始咬上升饰时就脂下降京，负混载线惯经过D到达C。负载线AD兄C安全裙，且甜经过洁的都横是小萝电流听或小杨电压格区域割，关浅断损门耗大游大降疼低。缓冲浴电路（Sn贪ub华be格rCi圾rc货ui胀t）9.诉2.棕3在无脂缓冲恰电路饼的情剃况下女，绝森缘栅记双极昏管V开通翅电流房诚迅速今上升槐，di牧/d晶t很大谋，也黎就是毒所承架受的诉电流粗应力向很大吸。IG选BT关断笔时的du举/d揪t很大刷，并掉出现冬很高象的过层电压疑，也无就是畜说所差承受狡的电岗压应黑力很殿大。无缓粘冲电岗路情放况下墓，器推件工东作在女负载给线A-鹿>B蚕->监C，器件唤开关走损耗夫很大义，可救能超屯安全姐工作墙区。有缓损冲电黎路时防，器毫件工栋作在把负载周线A-羞>D嚼->邀C，器件术开关克损耗刘很小街，工震作在称安全糟区内树。ADCB无缓冲电路有缓冲电路uCEiCO9.我2.沸3缓冲积电路充放予电型RC既D缓冲朗电路高，适贿用于功中等隆容量惕的场谅合。图9-经14di/dt抑制属电路蜡和充放叛电型RC洗D缓冲但电路材及波隶形a)电路其中RC缓冲那电路效主要苍用于茶小容沙量器绘件，掉而放跌电阻狐止型RC灵D缓冲庆电路荐用于特中或伐大容移量器茧件。图9-袋16另外以两种挥常用叔的缓辫冲电捧路RC吸收丘电路放电户阻止魂型RC桑D吸收挽电路9.叙3电力岭电子旷器件秩器件某的串宗联和怜并联玩使用9.田3.亦1晶闸闷管的奋串联9.尸3.灿2晶闸善管的痛并联9.荣3.竿3电力MO峡SF有ET和IG立BT并联铺运行毫的特美点9.网3.瘦1晶闸会管的希串联问题：理擦想串黑联希做望器悼件分摘压相烟等，跪但因施特性帆差异屡，使辉器件寇电压腿分配该不均敲匀。静态雄不均渡压：串残联的冈器件敢流过补的漏莫电流泳相同耕，但咬因静跳态伏幻玉安特尤性的油分散米性，文各器嗓件分摔压不孙等。动态肝不均服压：由槽于器拨件动呈态参逆数和腰特性苏的差忙异造愤成的雀不均困压。目的：当吵晶闸爷管额卫定电镇压小规于要殃求时相，可傻以串巷联。9.箱3.现1晶闸钟管的巴串联静态醋均压约措施：选用却参数疑和特千性尽般量一暗致的两器件狮。采用送电阻均压化，Rp的阻湖值应缘瑞比器姥件阻批断时为的正冬、反绍向电段阻小乖得多源。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2图9-偏17晶闸头管的腰串联a)伏安庆特性拿差异b)串联杂均压弊措施动态宅均压遥措施：选择杨动态井参数缘瑞和特略性尽症量一躲致的屯器件宿。用RC并联霸支路到作动品态均针压。采用撞门极缺强脉灰冲触叫发可叔以显煤著减拿小器恩件开肿通时食间的缝差异购。9.斧3.宅2晶闸捐管的蝴并联问题：会妈