第九章器件的驅(qū)動(dòng)

電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)9.1.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述9.1.2晶閘管的觸發(fā)電路9.1.3典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路9.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路——主電路與控制電路之間的接口

性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)。（縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有重要意義。器件的驅(qū)動(dòng)電路除完成驅(qū)動(dòng)功能外，往往還完成故障保護(hù)和電氣隔離。9.1.19.1.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器,用于數(shù)十khz以下

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器,最高可達(dá)幾MHZ圖9-1光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型9.1.1電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專用集成驅(qū)動(dòng)電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。分類晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門限觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路滿足下列要求：9.1.2

1.觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。對(duì)感性和反電勢(shì)負(fù)載用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。三相全橋式采用寬于60度或采用相隔60度的雙窄脈沖。2.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。對(duì)戶外寒冷地區(qū)，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也需要增加，一般需達(dá)1-2A/us。

3.不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。4.應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。晶閘管的觸發(fā)電路可控硅常見觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路：b1端高壓—>V1通-V2導(dǎo)通—>脈沖變壓器初級(jí)電流通過—>脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上正下負(fù)）—>VD2導(dǎo)通—>通過R4限流輸出正脈沖b1端低電平—>V1截止—>V2截止—>TM脈沖變壓器初級(jí)經(jīng)過R3和VD，構(gòu)成反方向電流通過—>脈沖變壓器次極感應(yīng)電壓（上負(fù)，下正）—>VD2截止—>無脈沖輸出圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）圖9-3常見的晶閘管觸發(fā)電路9.1.2ItIMt1t2t3t4典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路GTR是電流驅(qū)動(dòng)型器件導(dǎo)通GTR的基極驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使其處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)或深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間加一個(gè)負(fù)偏壓（6V左右）

9.1.31.電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路

圖9-6理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形tOib圖9-7是一種典型的GTR基極驅(qū)動(dòng)電路。圖中VD2和VD3構(gòu)成貝克鉗位電路，可使GTR處于臨界飽和導(dǎo)通。圖中C2為開通加速電容。電路分析：A端高電平——>光耦通電流——>V2導(dǎo)通——>V3截止——>V4通——>V5通，V6截止——>通過C2，R5在GTR基極加入脈沖電流A端低電平——>光耦不通——>V2截止——>V3導(dǎo)通——>V4，V5截止——>V6導(dǎo)通——>通過VD4，R5，GTR基極反向抽流，加速GTR截止圖9-7GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路9.1.3VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路2.電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件電力MOSFET和IGBT的柵射極之間都有數(shù)百至數(shù)千皮法的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電壓一般取10-15V。IGBT取15-20V關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（-5~-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。9.1.3電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路A+-MOSFET20V20VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+VCC典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路9.1.3圖中A為高速放大器，V2和V3構(gòu)成圖騰柱輸出驅(qū)動(dòng)電路。背靠背反串穩(wěn)壓管用于MOSFET門極保護(hù)。工作原理分析如下：Ui無信號(hào)——>V1截止——>放大器A輸出負(fù)電平——>V3通——>MOSFET柵極反向抽流，加速關(guān)斷Ui有信號(hào)——>光耦通——>V1通——>放大器輸出正電平——>V2通——>+Vcc->V2->R2構(gòu)成通路向MOSFET柵極充電，加速M(fèi)OSFET導(dǎo)通實(shí)際應(yīng)用如功率器件的用量較大或可靠性要求較高，可選用集成驅(qū)動(dòng)電路如驅(qū)動(dòng)GTR的有：THOMSON的UAA4002，三菱公司的M57215BL驅(qū)動(dòng)MOSFET的有：三菱公司的M57918L，IR的IR2110驅(qū)動(dòng)IGBT的有：三菱公司的M57962L和M57959L，富士公司的EXB840，EXB841等等。電力電子器件器件的保護(hù)

9.2.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)9.2.2過電流保護(hù)9.2.3緩沖電路（SnubberCircuit）9.2在電力電子電路中，除了主電路設(shè)計(jì)正確，電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)是必要的。

過電壓的產(chǎn)生分外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類:1.外因過電壓：a.操作過電壓b．雷擊過電壓2.內(nèi)因過電壓：a.換相過電壓b.關(guān)斷過電壓過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)

9.2.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因

(1)

操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起(2)

雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程

(1)換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓(2)關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。

9.2.1

過電壓和抑制措施及配置如圖9-10所示。過壓抑制的種類：a.R．C電路b.壓敏電阻c.RDC電路圖9-10過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路

9.2.1

SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC過電流保護(hù)過電流——過載和短路兩種情況

常用措施（圖9-13）電力電子裝置運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種，圖9-13給出了各種過電流保護(hù)措施及其配置位量。圖9-13過電流保護(hù)措施及配置位置9.2.2負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器一般掉電力遠(yuǎn)電子慣裝置針均同剃時(shí)采繡用幾缺種過漲電流閉保護(hù)窄措施茅：a電子壞電路室過流姐保護(hù)挪電路視，就符近保乒護(hù)功蓬率器爹件，發(fā)如SC緞R，GT顛R，MO吃SF策ETb快速濟(jì)熔斷側(cè)器：溪電子卷保護(hù)愚不起技作用屆時(shí)，安由快編速熔變斷完漫成c交流咱斷路漸器，漏前兩紐奉種保粥護(hù)不捉起作毯用，壘由交示流熔產(chǎn)斷器袋完成鋤切斷走電路頓。這張種保外護(hù)最啟徹底拘，但旨速度末較慢呈。過電掘流保舉護(hù)9.緩2.失2緩沖務(wù)電路插又稱勵(lì)吸收保電路筒。其展作用誰是抑歌制電唐力電他子器梨件的擇內(nèi)因賊過電跳壓、du罪/d鞠t電壓壇上升爆率、di佳/d撓t電流捆上升貝率，急減小微器件畢的開艦關(guān)損旅耗緩沖窮電路級(jí)可分真為關(guān)燭斷緩哀沖電溉路和桌開通覺緩沖干電路堡。緩沖華電路扒（Sn樸ub鼠be補(bǔ)rCi釘rc普ui倉t）9.餓2.層3A.關(guān)斷鄙緩沖密電路瞞又稱du攔/d葡t抑制轎電路棕，用損于吸撥收器贈(zèng)件的梢關(guān)斷召電壓史和換烏相過丈電壓描，抑胖制du抖/d優(yōu)t上升件率，霜減小偷關(guān)斷峰損耗招，典獲型由RD買C元件銅構(gòu)成闊。B.開通寬緩沖構(gòu)電路謎又稱固為di幫/d菌t抑制棍電路屠，用折于抑親制器累件開眼通時(shí)具的電第流過成沖和di叼/d斗t，減小奪器件閘的開努通損歐耗，痛典型匆由RD鐘L器件詞構(gòu)成殘。圖9-惜14di/dt抑制殖電路旁和充放烈電型RC根D緩沖綁電路昏及波德形a)電路b)波形緩沖戲電路（Sn諒ub點(diǎn)be觸rCi消rc悔ui圍t）9.贈(zèng)2.乓3a)b)RiVDLVdidt抑制電路緩沖電路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制電路無時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無緩沖電路時(shí)uCEiC關(guān)斷懂時(shí)的榨負(fù)載宰曲線圖9-義15關(guān)斷鏡時(shí)的渣負(fù)載估線無緩司沖電觀路時(shí)：uCE迅速籍升，L感應(yīng)永電壓使VD通，很負(fù)載櫻線從A移到B，之后iC才下暈降到陶漏電激流的遵大小征，負(fù)雕載線時(shí)隨之喊移到C。有緩蠅沖電棟路時(shí)凳：Cs分流社使iC在uCE開始咬上升飾時(shí)就脂下降京，負(fù)混載線慣經(jīng)過D到達(dá)C。負(fù)載線AD兄C安全裙，且甜經(jīng)過潔的都橫是小蘿電流聽或小楊電壓格區(qū)域割，關(guān)淺斷損門耗大游大降疼低。緩沖浴電路（Sn貪ub華be格rCi圾rc貨ui脹t）9.訴2.棕3在無脂緩沖恰電路餅的情剃況下女，絕森緣柵記雙極昏管V開通翅電流房誠迅速今上升槐，di牧/d晶t很大謀，也黎就是毒所承架受的訴電流粗應(yīng)力向很大吸。IG選BT關(guān)斷筆時(shí)的du舉/d揪t很大刷，并掉出現(xiàn)冬很高象的過層電壓疑，也無就是畜說所差承受狡的電崗壓應(yīng)黑力很殿大。無緩粘沖電崗路情放況下墓，器推件工東作在女負(fù)載給線A-鹿>B蠶->監(jiān)C，器件喚開關(guān)走損耗夫很大義，可救能超屯安全姐工作墻區(qū)。有緩損沖電黎路時(shí)防，器毫件工棟作在把負(fù)載周線A-羞>D嚼->邀C，器件術(shù)開關(guān)克損耗劉很小街，工震作在稱安全糟區(qū)內(nèi)樹。ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO9.我2.沸3緩沖積電路充放予電型RC既D緩沖朗電路高，適賄用于功中等隆容量惕的場(chǎng)諒合。圖9-經(jīng)14di/dt抑制屬電路蠟和充放叛電型RC洗D緩沖但電路材及波隸形a)電路其中RC緩沖那電路效主要蒼用于茶小容沙量器繪件，掉而放跌電阻狐止型RC靈D緩沖慶電路薦用于特中或伐大容移量器繭件。圖9-袋16另外以兩種揮常用叔的緩辮沖電捧路RC吸收丘電路放電戶阻止魂型RC桑D吸收挽電路9.敘3電力嶺電子曠器件秩器件某的串宗聯(lián)和憐并聯(lián)玩使用9.田3.亦1晶閘悶管的奮串聯(lián)9.尸3.燦2晶閘善管的痛并聯(lián)9.榮3.竿3電力MO峽SF有ET和IG立BT并聯(lián)鋪運(yùn)行毫的特美點(diǎn)9.網(wǎng)3.瘦1晶閘會(huì)管的希串聯(lián)問題：理擦想串黑聯(lián)希做望器悼件分摘壓相煙等，跪但因施特性帆差異屢，使輝器件寇電壓腿分配該不均敲勻。靜態(tài)雄不均渡壓：串殘聯(lián)的岡器件敢流過補(bǔ)的漏莫電流泳相同耕，但咬因靜跳態(tài)伏幻玉安特尤性的油分散米性，文各器嗓件分摔壓不孫等。動(dòng)態(tài)肝不均服壓：由槽于器撥件動(dòng)呈態(tài)參逆數(shù)和腰特性蘇的差忙異造憤成的雀不均困壓。目的：當(dāng)吵晶閘爺管額衛(wèi)定電鎮(zhèn)壓小規(guī)于要殃求時(shí)相，可傻以串巷聯(lián)。9.箱3.現(xiàn)1晶閘鐘管的巴串聯(lián)靜態(tài)醋均壓約措施：選用卻參數(shù)疑和特千性盡般量一暗致的兩器件獅。采用送電阻均壓化，Rp的阻湖值應(yīng)緣瑞比器姥件阻批斷時(shí)為的正冬、反紹向電段阻小乖得多源。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖9-偏17晶閘頭管的腰串聯(lián)a)伏安慶特性拿差異b)串聯(lián)雜均壓弊措施動(dòng)態(tài)宅均壓遙措施：選擇楊動(dòng)態(tài)井參數(shù)緣瑞和特略性盡癥量一躲致的屯器件宿。用RC并聯(lián)霸支路到作動(dòng)品態(tài)均針壓。采用撞門極缺強(qiáng)脈灰沖觸叫發(fā)可叔以顯煤著減拿小器恩件開腫通時(shí)食間的縫差異購。9.斧3.宅2晶閘捐管的蝴并聯(lián)問題：會(huì)媽