1、電力電子技術電力電子技術19.1 電力電子器件的驅動電力電子器件的驅動電力電子技術電力電子技術29.1.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述 使電力電子器件工作在較理想的開關狀態，縮短開關時間，減小開關損耗。 對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現。驅動電路的基本任務驅動電路的基本任務： 按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。驅動電路驅動電路主電路與控制電路之間的接口電力電子技術電力電子技術39.1.1 電力電子器件驅動電

2、路概述電力電子器件驅動電路概述 驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電電氣隔離氣隔離環節，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖9-1光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型電力電子技術電力電子技術49.1.1 電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述按照驅動信號的性質分，可分為電流驅動型電流驅動型和電電壓驅動型壓驅動型。驅動電路具體形式可為分立元件分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路專用集成驅動電路。 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混

3、合集成電路。 為達到參數最佳配合，首選所用器件生產廠家專門開發的集成驅動電路。分類分類電力電子技術電力電子技術59.1.2 晶閘管的觸發電路晶閘管的觸發電路作用作用：產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。晶閘管觸發電路應滿足下列晶閘管觸發電路應滿足下列要求要求：脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。觸發脈沖應有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發區域之內。有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路的電氣隔離。tIIMt1t2t3t4圖9-2理想的晶閘管觸發脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時間（1s）t1t3強脈寬度IM強脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t

4、4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（2.5IGT2IGT）晶閘管的觸發電路晶閘管的觸發電路電力電子技術電力電子技術69.1.2 晶閘管的觸發電路晶閘管的觸發電路V1、V2構成脈沖放大環節。脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環節。 V1、V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發脈沖。圖9-3 常見的晶閘管觸發電路常見的晶閘管觸發電路常見的晶閘管觸發電路電力電子技術電力電子技術79.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(1) GTO GTO的開通控制開通控制與普通晶閘管相似。GTO關斷控制關斷控制需施加負門極電流。圖9-4推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1

5、) 電流驅動型器件的驅動電路電流驅動型器件的驅動電路正的門極電流5V的負偏壓 GTO驅動電路通常包括開通驅動電路開通驅動電路、關斷驅關斷驅動電路動電路和門極反偏電路門極反偏電路三部分，可分為脈沖變脈沖變壓器耦合式壓器耦合式和直接耦合直接耦合式式兩種類型。電力電子技術電力電子技術89.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。 目前應用較廣，但其功耗大，效率較低。圖9-5 典型的直接耦合式GTO驅動電路+5V+10V-5V電力電子技術電力電子技術99.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電

6、路 開通驅動電流應使GTR處于準飽和導通狀態，使之不進入放大區和深飽和區。 關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。 關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。tOib 圖9-6 理想的GTR基極驅動電流波形(2) GTR電力電子技術電力電子技術109.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路 GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖9-7GTR的一種驅動電路驅動GTR的集成驅動電路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3

7、V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2VD5貝克嵌位設V飽和壓降2V,各二極管壓降1V,基極1.4V,導通時V為壓降2.4V,避免過飽和.電力電子技術電力電子技術119.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件。為快速建立驅動電壓，要求驅動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅動電壓一般1015V，使IGBT開通的驅動電壓一般15 20V。關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般取-5 -15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2) 電壓驅動型器件的驅動電路電壓驅動型器件的驅動電路電力電子技術電力

8、電子技術129.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(1) 電力電力MOSFET的一種驅動電路：電氣隔離電氣隔離和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部分圖9-8電力MOSFET的一種驅動電路專為驅動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅動電壓+15V和-10V。 電力電子技術電力電子技術139.1.3 典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路(2) IGBT的驅動的驅動圖9-9M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M5

9、7959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。 多采用專用的混合集成驅動器。電力電子技術電力電子技術149.2 電力電子器件器件的保護電力電子器件器件的保護電力電子技術電力電子技術159.2.1 過電壓的產生及過電壓保護過電壓的產生及過電壓保護外因過電壓：外因過電壓：主要來自雷擊和系統操作過程等外因操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩

10、端感應出過電壓。關斷過電壓關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓外因過電壓和內因內因過電壓過電壓電力電子技術電力電子技術169.2.1 過電壓的產生及過電壓保護過電壓的產生及過電壓保護過電壓保護措施過電壓保護措施圖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靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側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RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路

11、 電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。電力電子技術電力電子技術179.2.2 過電流保護過電流保護過電流過載過載和短路短路兩種情況保護措施負載觸發電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護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 同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。 電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分 區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖9-11過電流保護措施及配置位置電力電子技術電力電子技術189.2.2 過

12、電流保護過電流保護全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只在短路電流較大的區域起保護作用。對重要的且易發生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環節，響應最快 。 快熔對器件的保護方式：全保護全保護和短路保護短路保護兩種電力電子技術電力電子技術199.2.3 緩沖電路緩沖電路關斷緩沖電路關斷緩沖電路（du/dt抑制電路）吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路開通緩沖電路（di/dt抑制電路）抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損

13、耗。復合緩沖電路復合緩沖電路關斷緩沖電路和開通緩沖電路的結合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電饋能式緩沖電路路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路緩沖電路(Snubber Circuit) ： 又稱吸收電路吸收電路，抑制器件的內因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。電力電子技術電力電子技術209.2.3 緩沖電路緩沖電路 緩沖電路作用分析緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖9-13di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路a) 電路ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO 圖

14、9-12關斷時的負載線(開通時見黑色箭頭)電力電子技術電力電子技術219.3電力電子器件器件的串聯和并聯使用電力電子器件器件的串聯和并聯使用電力電子技術電力電子技術229.3.1 晶閘管的串聯晶閘管的串聯問題問題：理想串聯希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態不均壓：串聯的器件流過的漏電流相同，但因靜態伏安特性的分散性，各器件分壓不等。動態不均壓：由于器件動態參數和特性的差異造成的不均壓。目的目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯。電力電子技術電力電子技術239.3.1 晶閘管的串聯晶閘管的串聯 靜態均壓措施靜態均壓措施：選用參數和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp

15、的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2圖9-16晶閘管的串聯a)伏安特性差異b)串聯均壓措施 動態均壓措施動態均壓措施： 選擇動態參數和特性盡量一致的器件。 用RC并聯支路作動態均壓。 采用門極強脈沖觸發可以顯著減小器件開通時間的差異。電力電子技術電力電子技術249.3.2 晶閘管的并聯晶閘管的并聯問題問題：會分別因靜態和動態特性參數的差異而電流分配不均勻。 均流措施均流措施：挑選特性參數盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強脈沖觸發也有助于動態均流。當需要同時串聯和并聯晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯接。目的目的：

16、多個器件并聯來承擔較大的電流電力電子技術電力電子技術259.3.3電力電力MOSFET和和IGBT并聯運行的特點并聯運行的特點 Ron具有正溫度系數，具有電流自動均衡的能力，容易并聯。 注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯。 電路走線和布局應盡量對稱。 可在源極電路中串入小電感,起到均流電抗器的作用。IGBT并聯運行的特點并聯運行的特點 在1/2或1/3額定電流以下的區段，通態壓降具有負負溫度系數。 在以上的區段則具有正正溫度系數。 并聯使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯。電力電力MOSFET并聯運行的特點并聯運行的特點電力電子技術電力電子技術26本章小結本章小結本章

17、要點本章要點 對電力電子器件驅動電路的基本要求。對電力電子器件驅動電路的基本要求。 在驅動電路中實現電力電子主電路和控制電路電氣隔離的在驅動電路中實現電力電子主電路和控制電路電氣隔離的基本方法和原理?；痉椒ê驮?。 對晶閘管觸發電路的基本要求以及典型觸發電路的基本原對晶閘管觸發電路的基本要求以及典型觸發電路的基本原理。理。 對電力對電力MOSFET和和IGBT等全控型器件驅動電路的基本要等全控型器件驅動電路的基本要求以及典型驅動電路的基本原理。求以及典型驅動電路的基本原理。 電力電子器件過電壓的產生原因和過電壓保護的主要方法電力電子器件過電壓的產生原因和過電壓保護的主要方法及原理。及原理。

18、電力電子器件過電流保護的主要方法及原理。電力電子器件過電流保護的主要方法及原理。 電力電子器件緩沖電路的概念、分類、典型電路及基本原電力電子器件緩沖電路的概念、分類、典型電路及基本原理。理。 電力電子器件串聯和并聯使用的目的、基本要求以及具體電力電子器件串聯和并聯使用的目的、基本要求以及具體注意事項。注意事項。電力電子技術電力電子技術27本章小結本章小結l 掌握關鍵點掌握關鍵點 驅動電路對裝置影響驅動電路對裝置影響-縮短開關時間、減少損耗，提高縮短開關時間、減少損耗，提高裝置的運行效率、安全性、可靠性裝置的運行效率、安全性、可靠性 電氣隔離電氣隔離安全、抗干擾，有光隔離、磁隔離安全、抗干擾，有光隔離、磁隔離 SCR觸發電路的要求觸發電路的要求-觸發脈沖寬度、脈沖前沿幅度、觸發脈沖寬度、脈沖前沿幅度、電壓電流功率區域、有抗干擾性能和電氣隔離電壓電流功率區域、有抗干擾性能和電氣隔離 器件過電壓成因器件過電壓成因-外因，操作、雷擊過電壓；內因，換外因，操作、雷擊過電壓；內因，換相、關斷過電壓相、關斷過電壓 過壓保護過壓保護-避雷器、各種避雷器、各種RC、非線性元件、非線性元件 過流