《变流器运行与维护》课件-3.4 变流器驱动电路

任务四变流器驱动电路与保护检测电路2026/3/26变流器驱动电路与保护检测电路变流器驱动电路与保护检测电路

变流器控制电路肩负着复杂的PWM计算任务，它根据外部（主控系统）命令，和测量反馈（电流、电压、频率）计算出所需的脉冲宽度，把信号发送给驱动电路去驱动电力开关管。控制器的核心是嵌入式处理器（任务二中已经学习），它具有体积小、功耗低、成本低、高性能等特点已经占领位芯片市场的以上在工业控制、网络通信等领域均有不俗的表现。除此外，还包括驱动电力、保护电路、检测电路、滤波电路等，变流器驱动电路与保护检测电路Catalogue目录01驱动电路02器件保护电路03检测反馈电路04输出滤波器电路01驱动电路

一、驱动电路1.驱动电路的含义驱动电路—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、可靠性和安全性都有重要的意义。对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。

一、驱动电路2.驱动电路的基本任务

将信息电子传来的信号按照控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，用以施加开通或关断的信号。

对于变流器，驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM脉冲放大到足以驱动功率晶体管-开关功率放大作用。优良的驱动电路应能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。(即尽量快开、快关)

一、驱动电路3.电力电子器件驱动信号的分类根据开通关断的需求，分为半控型器件和全控型器件。半控型器件只需提供开通控制信号；全控型器件既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。按信号的性质分类：电流驱动型：Thyrister、GTR、GTO

电流驱动型具有电导调制效应，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。电压驱动型：MOSFET、IGBT电压驱动型输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。

一、驱动电路4.电气隔离环节

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。（1）光隔离一般采用光耦合器。（特点：单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高）

光耦合器的类型及接法a)普通型b)高速型c)高传输比型

一、驱动电路4.电气隔离环节（2）磁隔离的元件通常是脉冲变压器（利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器，可以用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等）。当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。

脉冲变压器和一般变压器的区别：

脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，

普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化。

脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。

一、驱动电路4.电气隔离环节

通常情况下，开关量信号采用光隔离，模拟量信号采用磁隔离的方式。驱动电路具体形式可以为分立元件的，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。

一、驱动电路（二）常见驱动电路

1.电源IC直接驱动

电源IC直接驱动是最简单的驱动方式，通常IC芯片通过Rg电阻直接与与MOS管相连。Rg（10Ω）为限流电阻，有限流、消振的作用。C1、C2、C3为伴生结电容。当MOS管导通之前，首先对C2进行充电，如果没有Rg节流，将会产生较大的充电电流，烧坏IC芯片。在关断瞬间，C2、Rg组成RC震荡电路，释放C2中电荷。R1（10KΩ）为下拉电阻，防止在MOS门极产生高电压。

一、驱动电路应该注意几个参数以及这些参数的影响。①查看电源IC手册的最大驱动峰值电流，因为不同芯片驱动能力很多时候是不一样的。②了解MOS管的寄生电容，如图C1、C2的值，这个寄生电容越小越好。如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源1C没有比较大的驱动峰值电流那么管子导通的速度就比较慢，就达不到想要的效果。

一、驱动电路（二）常见驱动电路

2.加速关断驱动MOS管一般都是慢开快关。在关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。

一、驱动电路（二）常见驱动电路

2.加速关断驱动为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如上图所示，其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大，把电源1C给烧掉。

一、驱动电路（二）常见驱动电路

3.隔离驱动为了满足高端MOS管的驱动，经常会采用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡，C1的目的是隔开直流，通过交流，同时也能防止磁芯饱和。

一、驱动电路（二）常见驱动电路

4.推挽驱动当电源1C驱动能力不足时，可用推挽驱动。推挽驱动由两个放大三极管，分别是PNP型和NPN型。当IC芯片输出为1时，上端PNP三极管导通，下端NPN型三极管截止，Vcz通过上三极管，经Rg对C2充电，MOSFET管导通；当IC芯片输出为0时，下端NPN型三极管导通，C2通过下端NPN型三极管对地快速放电，实现对MOSFET管的快速关断。好处是提升电流提供能力，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间，但是减少了关断时间，开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

一、驱动电路（三）米勒效应的基本原理

密勒效应（MillerEffect）是电子电路中的一个重要现象，主要描述了跨接在放大器输入和输出端之间的电容（或其他阻抗）因电压增益而产生的等效电容变化，从而影响电路的高频性能。三极管是电流控型器件，通过电流控制三极管的工作区，而MOSFET与之相对是压控型器件，栅-源阻抗非常大，我们一般认为MOSFET栅-源工作电流可以忽略，那既然MOSFET是压控型器件，为什么设计MOFET驱动电路时，栅极驱动电流要大呢？

一、驱动电路（三）米勒效应的基本原理

在MOSFET开关过程中，由于MOSFET寄生电容的米勒效应，MOSFET的“栅极-源极”电压(VGS)会保持在一个固定电压水平的现象。这一现象与MOSFET的寄生电容、以及驱动电路密切相关。

MOSFET的寄生电容包括栅极-漏极电容(Cgd)和栅极-源极电容(Cgs)。虽然栅源电容很重要，但栅漏电容实际上更重要。并且更难以处理，因为它是一个随电压变化的非线性电容。其中，Cgd是导致米勒效应的主要因素。当MOSFET开关状态发生变化时，漏极电压(VDS)会发生大幅度的变化，Cgd的存在导致栅极需要提供更多的电荷或移除更多的电荷来应对这种变化。

一、驱动电路开通过程

t1:gs电容开始充电，电压抬升，电压达到阈值电压（Vth）之前，没有电流流过D。栅极驱动电压(VGS)逐渐上升并达到阈值电压(Vth)。t2:当栅极驱动电压(VGS)超过MOSFET的阈值电压(Vth)后，Cgs继续充电，VGS继续抬升，Ids电流成比例增大，在此阶段由于Rds较大，所以虽然Cgd也能通过G->D->S进行充电，但是电流较小，可以忽略.

一、驱动电路开通过程

t3:之后漏极drain电流达到Id，VDS电压开始下降，Id不再发生变化，此时VGS电压也不再变化，此时Ig电流基本都用于给Cdg充电。在此过程中，漏极电压(VDS)开始下降，导致Cgd两端的电压变化，从而引发米勒效应。由于栅极电流(IG)的一部分用于驱动Cgd，VGS会暂时停止增加，形成“米勒平台”。t4:Vds电压降低为：Id*Rds(on)，MOS开始进入饱和区，此时Vd不再受传输特性限制（与Id有关），并开始自由增加。到达t4时间点，Vg电压达到gate电流源电压。t3之后的充电不是用于MOS开关的充电，简单来说就是过充，是由驱动电路导致的，这是由于Vgate的驱动电压一般会高于完成MOS由关到开的切换所需最小电压。

一、驱动电路（2）关断过程

在关断时，漏极电压(VDV)开始从低电位上升到高电位，同样引发米勒效应。栅极电压(VGS)在米勒平台电压附近保持稳定，直到漏极电压变化完成