第4章 电力电子器件的驱动与保护.ppt

第4章 电力电子器件的驱动与保护 4.1 电力电子器件的驱动 4.2 电力电子器件的保护 第4章 电力电子器件的驱动与保护 电力电子器件以不同的电路拓扑构成不同的电力电子电路，实现各种电能转换与控制功能。为使电力电子电路能够稳定运行并获得优良电能，需要对电力电子器件进行可靠的驱动、控制与保护。 本章讲述典型触发、驱动和缓冲保护电路的组成、工作原理和特点。 本章要求熟悉常用电力电子器件的基本驱动电路与保护方法。 4.1 电力电子器件的驱动 4.1.1 晶闸管触发电路 4.1.2 GTO驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 4.1.4 IGBT驱动电路 4.1 电力电子器件的驱动 电力电子电路中各种驱动电路的电路结构取决于开关器件的类型、主电路的拓扑结构和电压电流等级。 采用性能良好的驱动电路，可以使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减少开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。 另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护环节，如控制电路与主电路之间的电气隔离环节及对整个电路的缓冲环节等，也设在驱动电路或通过驱动电路来实现，这些都使得驱动电路的设计尤为重要。 4.1.1 晶闸管触发电路 1. 晶闸管对触发电路的要求 1) 触发信号应有足够大的功率 2) 触发脉冲的同步及移相范围 3) 触发脉冲信号应有足够的宽度，且前沿要陡 4) 为使并联晶闸管元件能同时导通，触发电路应能产生强触发脉冲 5) 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 4.1.1 晶闸管触发电路 2. 同步信号为锯齿波的触发电路 4.1.1 晶闸管触发电路 3. 集成化晶闸管移相触发电路 4.1.1 晶闸管触发电路 4.1.1 晶闸管触发电路 4.1.1 晶闸管触发电路 4. 数字触发电路 在各种数字触发电路中，目前使用较多的是以微机为控制核心的数字触发器。这种触发电路的特点是结构简单，控制灵活，准确可靠。 该触发器由脉冲同步、脉冲移相、脉冲形成与输出等几个部分构成。 4.1.2 GTO驱动电路 1. GTO对门极驱动电路的基本要求 GTO的门极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，其结构示意图及其理想的门极驱动电流波形如图4.10所示。 4.1.2 GTO驱动电路 2. 门极驱动电路实例 1) 小容量GTO门极驱动电路 图4.11是一种小容量的GTO门极驱动电路。 4.1.2 GTO驱动电路 2) 双电源光电耦合GTO门极驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 1. 对基极驱动电路的基本要求 ① 控制开通GTR时，驱动电流前沿要陡(小于1 )，并有一定的过冲电流，以缩短开通时间，减小开通损耗。 ② GTR导通后，应相应减小驱动电流，使GTR处于准饱和导通状态，且使之不进入放大区和深饱和区，以降低驱动功率，缩短储存时间。 ③ GTR关断时，应迅速加上足够大的反向基极电流，迅速抽取基区的剩余载流子，确保GTR快速关断，并减小关断损耗。 ④ GTR的驱动电路要具有自动保护功能，以便在故障状态下能快速自动切除基极驱动信号，避免GTR遭至损坏。 4.1.3 GTR驱动电路 2. 贝克钳位电路 为了提高GTR的工作速度，都以抗饱和的贝克钳位电路作为基本电路。它使GTR工作在准饱和状态，提高了器件开关过程的快速性能，因此成为一种被广泛采用的基本电路。电路的具体形式如图4.14所示。 4.1.3 GTR驱动电路 3. 基极驱动电路实例 1) 由分立元件组成的驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 2) 集成化基极驱动电路 由分立元件组成的基极驱动电路都存在着电路组件多、电路复杂、稳定性差和使用不便等缺点。大规模集成化基极驱动电路的出现不但解决了这些问题，同时还增加了电路保护功能。 4.1.4 IGBT驱动电路 1. 对栅极驱动电路的基本要求 ① 由于?IGBT?的栅-射极之间有数千皮法左右的极间电容，为加快建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的内阻。同时用内阻小的驱动源对电容冲放电，可以保证栅极控制电压 的前后沿足够陡峭，从而使IGBT快速开通和关断，并减少开关损耗。 ② 栅极驱动电源的功率要足够大，这样可以保证在IGBT导通后，其功率输出级总是处于饱和状态。而当瞬时过载时，足够大的驱动功率也足以保证IGBT不退出饱和区，以使IGBT的开关可靠，并避免在开通期间因退饱和而损坏。 ③ 要提供大小合适的正向驱动电压 。当正向驱动电压增加时，IGBT的通态压降和开关损耗均将下降；但若 过大，则在负载短路过程中，IGBT的集电极电流也随的增大而增大，使IGBT能承受电流的时间减小，不利于其本身的安全，因此 也不