第一章电力电子器件驱动及串并联ppt课件.ppt
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1、1.6 电力电子器件器件的驱动,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述1.6.2 晶闸管的触发电路1.6.3 典型全控型器件的驱动电路,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,一驱动电路作用: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、安全性有重要的意义; 器件或整个装置的保护电路通常设在驱动电路中,或通过驱动电 路实现。二驱动电路的基本任务 将信息电子电路传来的控制信号按要求转换成加在电力电子器件 控制端与公共端之间的驱动信号,保证其可靠开通或关断; 对半控型器件只需提供 开通控制信号; 对全控型器件则既要提供开通控制
2、信号,又提供关断控制信号; 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, 电气隔离环节一般采用光电隔离或磁电隔离的型式。,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述, 光隔离一般采用光耦合器, 磁隔离的元件通常是脉冲变压器,1.6.1 电力电子器件驱动电路概述,三从提供的驱动信号的类型可分为两类 1电流驱动型驱动电路 2电压驱动型驱动电路,四从电路的具体形式可为两种类型 1分立元件驱动电路 2专用集成驱动电路 但目前的趋势是采用专用集成驱动电路 双列直插(数字)式集成驱动电路; 混合集成驱动电路(将 光耦隔离电路 也集成在内); 为达到参数的最佳配合,器件厂家生产有配套的集成驱动电路; 不同
3、的电力电子器件都有自己的专用集成驱动电路。,1.6.2 晶闸管的触发电路,一作用: 产生符合要求的门极触发脉冲,保证晶闸管的可靠导通,图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形,二对晶闸管触发电路的要求 1脉冲的宽度应保证晶闸管 可靠导通; (IA 大于擎住电流IL) 2触发脉冲应有足够的 幅度 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和 温度稳定性以及与主电路 的电气隔离。,t1 t2:脉冲前沿上升时间 1st1 t3:强脉宽度t1 t4:脉冲宽度 0.5mSIGT :最大触发电流,强脉冲幅值3 IGT 5 IGT,脉冲平顶幅值1.5 IGT 2 IG
4、T,1.6.2 晶闸管的触发电路,三常见的晶闸管触发电路(1)V1、V2 构成 脉冲放大环节(2)脉冲变压器TM 和附属电路构成 脉冲输出环节, V1、V2 导通时,通过脉冲 变压器TM向晶闸管的门极 和阴极之间输出触发脉冲; 当V1、V2 由导通变为截止 时,脉冲变压器通过 VD1 和 R3释放其储存的能量。,图1-27 常见的晶闸管触发电路,1.6.3 典型全控型器件的驱动电路,一电流驱动型器件的驱动电路, 其开通控制与普通晶闸管相似,但对 脉冲前沿的幅值和陡度要求高,一般 需在整个导通期间施加正门极电流; 其关断时需施加负门极电流,对其幅 值和陡度的要求更高,关断后还应在 门阴极之间施加
5、约5V的负偏压以提高 抗干扰能力; 驱动电路通常包括开通、关断驱动电 路和门极反偏电路三部分; 可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合 式两种类型。,图1-28推荐的GTO门极电压电流波形,1GTO 的驱动电路, 该电路是目前应用较广的一种电路,他可避免电路内部相互干扰 和寄生振荡,获得较陡的脉冲前沿,但其功耗大,效率较低, V1 导通输出正强脉冲;V2 导通输出脉冲平顶部分 V2 关断而V3 导通输出负脉冲;V3 关断后 R3 和 R4 提供门极负偏压,典型的直接耦合式 GTO 驱动电路,VD1 C1整流电路提供5V电压,VD2 VD3 C2 C3倍压整流电路提供15V,VD4 C4整流电路提供1
6、5V电压,一电流驱动型器件的驱动电路,2GTR 的驱动电路, 开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态,使之不进入放大区 和深饱和区; 关断后同样应在基射极之间施加一定幅值(6V左右)的负偏压。,图1-30理想的GTR基极驱动电流波形,关断GTR时,施加一定的负基极电流,有利于减小:关断时间 关断损耗, 一种GTR的驱动电路:包括电气隔离和晶体管放大电路两部分, 如V5 驱动电流过大,会使V 过饱和。贝克箝位电路(抗饱和电路) 会在V过饱和时,因其集电极电位低于基极电位,VD2 自动导通, 使多余的驱动电流流入集电极,维持 Ubc0; C2 为加速电容,V5 导通时,R5 被C2 短路。可实现
7、驱动电流的过 冲、增加前沿陡度,以加快开通。,光电隔离,VD2, VD3构成贝克箝位电路,VS双向稳压管,二电压驱动型器件的驱动电路, 驱动电路的基本特征: 电力 MOSFET 和 IGBT 是电压驱动型器件; 栅源间、栅射间存在数千皮法的电容,为加快栅源间驱动 电压的建立,要求驱动电路的输出电阻尽可能小; MOSFET 开通的驱动电压一般为:10 15V IGBT 开通的驱动电压一般为:15 20V 关断时要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; 在栅极串入一只数十欧左右的电阻,可以减小寄生振荡。,二电压驱动型器件的驱动电路,电力 MOSFET 的一种驱动电路
8、, 专用 MOSFET 混合集成驱动电路 M57918L(三菱公司产品), 输出最大脉冲电流:2A 和3A,输出驱动电压:15V和10V ; 输入信号电流幅值:16mA。, 无输入信号时,A 输出负电平,V3 导通输出负驱动电压; 有输入信号时,A 输出正电平,V2 导通输出正驱动电压;,1MOSFET 的驱动电路:,光电隔离,高速放大器,放大驱动电路,2IGBT 的驱动:多采用专用的混合集成驱动器 如:三菱公司的 M579 系列 : M57959L 、 M57962L; 富士公司的 EXB 系列:EXB840、EXB850等;,图133M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图, 具有内部
9、退饱和检测和保护环节,产生过电流时能快速响应但 慢速关断IGBT,并向外部电路输出故障信号。 M57962L 的正驱动电压:15V 左右,负驱动电压:10V 。,1.7 电力电子器件器件的保护,1.7.1 过电压的产生及过电压保护 1.7.2 过电流保护 1.7.3 缓冲电路(Snubber Circuit),1.7.1 过电压的产生及过电压保护,一电力电子装置可能的过电压,1外因过电压:主要来自雷击和系统中的操作过程等外部因素引起 操作过电压 由分闸、合闸等开关操作引起; 雷击过电压 由雷电引起;,2内因过电压:主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 换相过电压 晶闸管或与全控型器件反并联的
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