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1、第二章 电力电子器件第十次课第一页，本课件共有38页2.7.2 缘栅双极型晶体管的特性缘栅双极型晶体管的特性与主要参数与主要参数 U UGEGEUUGE(TH)GE(TH)(开启电压开启电压,一般一般为为3 36V)6V)；其输出电流；其输出电流I Ic c与驱与驱动电压动电压U UGEGE基本呈线性关系；基本呈线性关系；图图2.7.2 IGBT的伏安特的伏安特 性和转移特性性和转移特性1、IGBT的伏安特性和转移特性的伏安特性和转移特性（2 2）IGBTIGBT的转移特性曲线（如图的转移特性曲线（如图b b）IGBTIGBT关断：关断：IGBTIGBT开通：开通：U UGEGEUUGE(TH
2、)GE(TH)；第二页，本课件共有38页2.7.2 缘栅双极型晶体管的特性缘栅双极型晶体管的特性与主要参数与主要参数 2、IGBT的开关特性的开关特性（1）IGBT的开通过程：的开通过程：从正向阻断状态转换从正向阻断状态转换到正向导通的过程。到正向导通的过程。开通延迟时间开通延迟时间td(on)：UGE从从10%UGEM到到IC 上上升到升到10%ICM所需时间。所需时间。电流上升时间电流上升时间tr：IC从从10%ICM上升至上升至90%ICM所需时间。所需时间。开通时间开通时间ton ton：ton=td(on)+tr图图2.7.3 IGBT的开关特性的开关特性 第三页，本课件共有38页2
3、.7.2 缘栅双极型晶体管的特性缘栅双极型晶体管的特性与主要参数与主要参数 2、IGBT的开关特性的开关特性（2）IGBT的关断过程的关断过程关断延迟时间关断延迟时间td(off)：从从UGE后后沿下降到其幅值沿下降到其幅值90%的时刻起，到的时刻起，到ic下降至下降至90%ICM 电流下降时间：电流下降时间：ic从从90%ICM下下降至降至10%ICM。关断时间关断时间toff：关断延迟时间与关断延迟时间与电流下降之和。电流下降之和。电流下降时间又可分为电流下降时间又可分为tfi1和和tfi2 tfi1IGBT内部的内部的MOSFET的关断的关断过程，过程，ic下降较快；下降较快；tfi2I
4、GBT内部的内部的PNP晶体管的晶体管的关断过程，关断过程，ic下降较慢。下降较慢。图图2.7.3 IGBT的开关特性的开关特性 第四页，本课件共有38页2.7.2 缘栅双极型晶体管的特性缘栅双极型晶体管的特性与主要参数与主要参数 v（1 1）最大集射极间电压）最大集射极间电压U UCEMCEM：IGBTIGBT在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最高电压。高电压。v（2 2）通态压降：）通态压降：是指是指IGBTIGBT在导通状态时集电极和发射极之间的管压降。在导通状态时集电极和发射极之间的管压降。v（3 3）集电极电流最大值）集电极电流最大值I I
5、CMCM：IGBTIGBT的的 I IC C增大，可至器件发生擎住效应，此时为防止增大，可至器件发生擎住效应，此时为防止 发生擎住效应，规定的集电极电流最大值发生擎住效应，规定的集电极电流最大值I ICMCM。v（4 4）最大集电极功耗）最大集电极功耗P PCMCM：正常工作温度下允许的最大功耗正常工作温度下允许的最大功耗 。3、IGBT的主要参数的主要参数第五页，本课件共有38页2.7.2 缘栅双极型晶体管的特性缘栅双极型晶体管的特性与主要参数与主要参数 3、IGBT的主要参数的主要参数v(5)(5)安全工作区安全工作区正偏安全工作区正偏安全工作区FBSOAFBSOA：IGBTIGBT在开通
6、时在开通时为正向偏置时的安全工作区，如图为正向偏置时的安全工作区，如图2.7.5(a)2.7.5(a)所示。所示。反偏安全工作区反偏安全工作区RBSOARBSOA：IGBTIGBT在关断时在关断时为反向偏置时的安全工作区，如图为反向偏置时的安全工作区，如图2.7.5 2.7.5(b)(b)IGBTIGBT的导通时间越长，发热越严重，的导通时间越长，发热越严重，安全工作区越小。安全工作区越小。在使用中一般通过选择适当的在使用中一般通过选择适当的UCEUCE和栅和栅极驱动电阻控制极驱动电阻控制 ，避免，避免IGBTIGBT因因 过高而产生擎住效应。过高而产生擎住效应。图图2.7.5 IGBT2.7
7、.5 IGBT的的 安全工作区安全工作区 第六页，本课件共有38页2.7.2缘栅双极型晶体管的特性与主要参数缘栅双极型晶体管的特性与主要参数 (6)输入阻抗：输入阻抗：IGBT的输入阻抗高，可达的输入阻抗高，可达1091011数量级，呈纯电容性，驱动功率小，这数量级，呈纯电容性，驱动功率小，这些与些与VDMOS相似。相似。(7)最最高高允允许许结结温温TjM：IGBT的的最最高高允允许许结结温温TjM为为150。VDMOS的的通通态态压压降降随随结结温温升升高高而而显显著著增增加加，而而IGBT的的通通态态压压降降在在室室温温和和最最高高结结温温之之间间变化很小，具有良好的温度特性。变化很小，
8、具有良好的温度特性。3、IGBT的主要参数的主要参数第七页，本课件共有38页第二章、第二章、电力电子器件电力电子器件v 2.1、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型 v 2.2、电力二极管电力二极管 v 2.3、晶闸管晶闸管v 2.4、可关断晶闸管可关断晶闸管 v 2.5、电力晶体管电力晶体管 v 2.6、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 v 2.7、绝缘栅双极型、绝缘栅双极型第八页，本课件共有38页第二章、第二章、电力电子器件电力电子器件v 2.1、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型 v 2.2、电力二极管电力二极管 v 2.3、晶闸管晶闸管v 2.4、可关断晶闸管可
9、关断晶闸管 v 2.5、电力晶体管电力晶体管 v 2.6、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 v 2.7、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管 v 2.8、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件v 2.9、电力电子器件的驱动与保护、电力电子器件的驱动与保护第九页，本课件共有38页2.8、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件2.8.1 静电感应晶体管静电感应晶体管 2.8.2 静电感应晶闸管静电感应晶闸管 2.8.3 MOS控制晶闸管控制晶闸管 2.8.4 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管 2.8.5 功率模块与功率集成电路功率模块与功率集成电路 第十页，本课件共有38页2.8.
10、1 静电感应晶体管（静电感应晶体管（SIT）它是一种多子导电的单极型器件，具它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输入阻抗高、开关特性有输出功率大、输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优点；好、热稳定性好、抗辐射能力强等优点；广泛用于高频感应加热设备广泛用于高频感应加热设备(例如例如200kHz200kHz、200kW200kW的高频感应加热电源的高频感应加热电源)。并。并适用于高音质音频放大器、大功率中频广适用于高音质音频放大器、大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术等领域。空间技术等领域。第十一页，本课件共有38页
11、2.8.1 2.8.1 静电感应晶体管（静电感应晶体管（SITSIT）1 1、SITSIT的工作原理的工作原理 1 1）结结构构：SITSIT为为三三层层结结构构，其其元元胞胞结结构构图图如如图图2.8.1(a)2.8.1(a)所所示示，其其三三个个电电极极分分别别为为栅栅极极G G，漏漏极极D D和和源源极极S S。其其表表示示符号如图符号如图2.8.1(b)2.8.1(b)所示。所示。2 2）分分类类：SITSIT分分N N沟沟道道、P P沟沟道道两两种种，箭箭头头向向外外的的为为NSITNSIT，箭箭头头向向内内的的为为PSITPSIT。3 3）导导通通、关关断断：SITSIT为为常常开
12、开器器件件，即即栅栅源源电电压压为为零零时时，两两栅栅极极之之间间的的导导电电沟沟道道使使漏漏极极D-SD-S之之间间的的导导通通。则则SITSIT导导通通；当当加加上上负负栅栅源源电电压压U UGSGS时时，栅栅源源间间PNPN结结产产生生耗耗尽尽层层。随随着着负负偏偏压压U UGSGS的的增增加加，其其耗耗尽尽层层加加宽宽，漏漏源源间间导导电电沟沟道道变变窄窄。当当U UGSGS=U=UP P(夹夹断断电电压压)时时，导电沟道被耗尽层所夹断，导电沟道被耗尽层所夹断，SITSIT关断关断。SIT的漏极电流的漏极电流ID不但受栅极电不但受栅极电压压UGS控制，同时还受漏极电压控制，同时还受漏极
13、电压UDS控制。控制。图图2.8.1 SIT2.8.1 SIT的结构及其符号的结构及其符号 第十二页，本课件共有38页2.8.1 2.8.1 静电感应晶体管（静电感应晶体管（SITSIT）2 2、SITSIT的特性的特性 静态伏安特性曲线（静态伏安特性曲线（N N沟道沟道SITSIT）：当）：当栅源电压栅源电压U UGSGS一定时，随着漏源电压一定时，随着漏源电压UDSUDS的增加，漏极电流的增加，漏极电流I ID D也线性增加，也线性增加，其大小由其大小由SITSIT的通态电阻所决定的通态电阻所决定 ；SITSIT采用垂直导电结构采用垂直导电结构,其导电沟道其导电沟道短而宽短而宽,适应于高电
14、压适应于高电压,大电流的场合；大电流的场合；SITSIT的漏极电流具有负温度系数的漏极电流具有负温度系数,可可避免因温度升高而引起的恶性循环；避免因温度升高而引起的恶性循环；图图2.8.2 N-SIT2.8.2 N-SIT静态静态 伏安特性曲线伏安特性曲线第十三页，本课件共有38页SITSIT的漏极电流通路上不存在的漏极电流通路上不存在PNPN结结,一一般不会发生热不稳定性和二次击穿现般不会发生热不稳定性和二次击穿现象象,其安全工作区范围较宽；其安全工作区范围较宽；SITSIT是短沟道多子器件是短沟道多子器件,无电荷积累无电荷积累效应效应,它的开关速度相当快它的开关速度相当快,适应于高适应于高
15、频场合；频场合；SITSIT的栅极驱动电路比较简单：关的栅极驱动电路比较简单：关断断SITSIT需加数十伏的负栅压需加数十伏的负栅压-U-UGSGS,使使SITSIT导通，也可以加导通，也可以加5 56V6V的正栅偏压的正栅偏压+U+UGSGS,以降低器件的通态压降；以降低器件的通态压降；2.8.1 2.8.1 静电感应晶体管（静电感应晶体管（SITSIT）2 2、SITSIT的特性的特性 图图2.8.3 SIT2.8.3 SIT的的 安全工作区安全工作区第十四页，本课件共有38页2.8、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件2.8.1 静电感应晶体管静电感应晶体管 2.8.2 静电感应晶
16、闸管静电感应晶闸管 2.8.3 MOS控制晶闸管控制晶闸管 2.8.4 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管 2.8.5 功率模块与功率集成电路功率模块与功率集成电路 第十五页，本课件共有38页2.8.2 静电感应晶闸管静电感应晶闸管（SITH）它自它自1972年开始研制并生产年开始研制并生产；优点：与优点：与GTO相比，相比，SITH的的通态电阻小、通通态电阻小、通态压降低、开关速度快、损耗小、态压降低、开关速度快、损耗小、及及 耐耐量高等；量高等；应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开关电源等领域；开关电源等领域；缺点：缺点：SITH制造工艺复杂
17、，成本高；制造工艺复杂，成本高；第十六页，本课件共有38页2.8.2 静电感应晶闸（静电感应晶闸（SITH）1 1、SITHSITH的工作原理的工作原理 1 1）结构：在）结构：在SITSIT的结构的基础上再增加一的结构的基础上再增加一个个P P+层即形成了层即形成了SITHSITH的元胞结构，如图的元胞结构，如图2.8.4(a)2.8.4(a)。2 2）三极：阳极）三极：阳极A A、阴极、栅极、阴极、栅极G G，3 3）原理：）原理：栅极开路，在阳极和阴极之间加正向栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过电压，有电流流过SITHSITH；在栅极在栅极G G和阴极和阴极K K之间加负电
18、压，之间加负电压，G-KG-K之之间间PNPN结反偏，在两个栅极区之间的导电结反偏，在两个栅极区之间的导电沟道中出现耗尽层，沟道中出现耗尽层，A-KA-K间电流被夹断，间电流被夹断，SITHSITH关断；关断；栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极电流也越大。电流也越大。图图2.8.4 SITH2.8.4 SITH元胞元胞 结构其及符号结构其及符号第十七页，本课件共有38页2.8.2 静电感应晶闸管静电感应晶闸管（SITH）特性曲线的正向偏置部分与特性曲线的正向偏置部分与SIT相似。栅极负压相似。栅极负压-UGK可控制阳极电可控制阳极电流关断，已关断的流关断，已关
19、断的SITH，A-K间只有间只有很小的漏电流存在。很小的漏电流存在。SITH 为为场场控控少少子子器器件件，其其动动态态特特性性比比GTO优优越越。SITH的的电电导导调调制制作作用用使使它它比比SIT的的通通态态电电阻阻小小、压压降降低低、电电流流大大，但但因因器器件件内内有有大大量量的的存存储储电电荷荷，所所以以它它的的关关断断时时间间比比SIT要要长长、工作频率要低。工作频率要低。图图2.8.5 SITH2.8.5 SITH的的 伏安特性曲线伏安特性曲线2 2、SITHSITH的特性：的特性：静态伏安特性曲线（图静态伏安特性曲线（图2.8.5）：第十八页，本课件共有38页2.8、其它新型
20、电力电子器件、其它新型电力电子器件2.8.1 静电感应晶体管静电感应晶体管 2.8.2 静电感应晶闸管静电感应晶闸管 2.8.3 MOS控制晶闸管控制晶闸管 2.8.4 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管 2.8.5 功率模块与功率集成电路功率模块与功率集成电路第十九页，本课件共有38页2.8.3 MOS控制晶闸管（控制晶闸管（MCT）MCTMCT自自2020世纪世纪8080年代末问世，已生产出年代末问世，已生产出300A/2000V300A/2000V、1000A/1000V1000A/1000V的器件；的器件；结构：是晶闸管结构：是晶闸管SCR和场效应管和场效应管MOSFET复复合而成的
21、新型器件，其主导元件是合而成的新型器件，其主导元件是SCR，控制，控制元件是元件是MOSFET；特点：耐高电压、大电流、通态压降低、特点：耐高电压、大电流、通态压降低、输入阻抗高、驱动功率小、开关速度高；输入阻抗高、驱动功率小、开关速度高；第二十页，本课件共有38页2.8.3 MOS控制晶闸管（控制晶闸管（MCT）1 1）结构：）结构：MCTMCT是在是在SCRSCR结构中集成一对结构中集成一对MOSFETMOSFET构成构成的，通过的，通过MOSFETMOSFET来控制来控制SCRSCR的导通和关断。的导通和关断。使使MCTMCT导通的导通的MOSFETMOSFET称为称为ON-FETON-
22、FET，使，使MCTMCT关断的关断的MOSFETMOSFET称为称为OFF-FETOFF-FET。MCTMCT的元胞有两种结构类型，一种为的元胞有两种结构类型，一种为N-N-MCTMCT，另一种为，另一种为P-MCTP-MCT。三个电极称为栅极三个电极称为栅极G G、阳极、阳极A A和阴极和阴极K K。图图2.8.62.8.6中中(a)(a)为为P-MCTP-MCT的典型结构，图的典型结构，图(b)(b)为其等效电路，图为其等效电路，图(c)(c)是它的表示符号是它的表示符号(N-(N-MCTMCT的表示符号箭头反向的表示符号箭头反向)。对于对于N-MCTN-MCT管，要将图管，要将图2.8
23、.62.8.6中各区的半导中各区的半导体材料用相反类型的半导体材料代替，并体材料用相反类型的半导体材料代替，并将上方的阳极变为阴极，而下方的阴极变将上方的阳极变为阴极，而下方的阴极变为阳极。为阳极。图图2.8.6 P-MCT的结构、的结构、等效电路和符号等效电路和符号1、MCT的工作原理的工作原理第二十一页，本课件共有38页2.8.3 MOS控制晶闸管（控制晶闸管（MCT）控制信号：用双栅极控制，栅极信号以阳控制信号：用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准；极为基准；导通：当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，导通：当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，ON-FETON-FET导通，其漏极电流使导通，其漏极电
24、流使NPNNPN晶体管导通。晶体管导通。NPNNPN晶体管的导通又使晶体管的导通又使PNPPNP晶体管导通且形成正晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致反馈触发过程，最后导致MCTMCT导通；导通；关断：当栅极相对于阳极施加正脉冲电压时，关断：当栅极相对于阳极施加正脉冲电压时，OFF-FETOFF-FET导通，导通，PNPPNP晶体管基极电流中断晶体管基极电流中断,PNP,PNP晶体管中电流的中断破坏了使晶体管中电流的中断破坏了使MCTMCT导通的正反馈导通的正反馈过程，于是过程，于是MCTMCT被关断。被关断。其中：其中：1 1）导通的）导通的MCTMCT中晶闸管流过主电流，中晶闸管流过主
25、电流，而触发通道只维持很小的触发电流。而触发通道只维持很小的触发电流。2 2）使）使P-MCTP-MCT触发导通的栅极相对阳极的触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度一般为负脉冲幅度一般为-5-5-15V-15V，使其关断的，使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压幅度一般为栅极相对于阳极的正脉冲电压幅度一般为+10V+10V。对于对于N-MCTN-MCT管管 ，其工作原理刚好相反。，其工作原理刚好相反。图图2.8.6 P-MCT的结构、的结构、等效电路和符号等效电路和符号2 2）工作原理（）工作原理（P-MCTP-MCT）第二十二页，本课件共有38页2.8.3 MOS控制晶闸管控制晶闸管（MCT）(
26、1)阻断电压高阻断电压高(达达3000V)、峰值电流大、峰值电流大(达达1000A)、最、最大可关断电流密度为大可关断电流密度为6000Acm2;(2)通态压降小通态压降小(为为IGBT的的13，约，约2.1V);(3)开关速度快、损耗小，工作频率可达开关速度快、损耗小，工作频率可达20kHz;(4)极高的极高的dudt和和didt耐量耐量(du/dt耐量达耐量达20kV/s，di/dt耐量达耐量达2kA/s);(5)工作允许温度高工作允许温度高(达达200以上以上);(6)驱动电路简单驱动电路简单;2 2、MCTMCT的特性的特性（兼有（兼有MOS器件和双极型器件的优点）器件和双极型器件的优
27、点）第二十三页，本课件共有38页2.8.3 MOS控制晶闸管（控制晶闸管（MCT）(7)(7)安全工作区：安全工作区：MCTMCT无正偏安无正偏安全工作区，只有反偏安全工作全工作区，只有反偏安全工作区区RBSOARBSOA；RBSOA与与结结温温有有关关，反反映映MCT关断时电压和电流的极限容量。关断时电压和电流的极限容量。（8 8）保保护护装装置置：MCT可可用用简简单单的的熔熔断断器器进进行行短短路路保保护护。因因为为当当工工作作电电压压超超出出RBSOA时时器器件件会会失失效效，但但当当峰峰值值可可控控电电流流超超出出RBSOA时时，MCT不不会会像像GTO那那样样损坏，只是不能用栅极信
28、号关断。损坏，只是不能用栅极信号关断。图图2.8.7 MCT2.8.7 MCT的的RBSOARBSOA2 2、MCTMCT的特性的特性第二十四页，本课件共有38页第二章、第二章、电力电子器件电力电子器件v 2.1、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型 v 2.2、电力二极管电力二极管 v 2.3、晶闸管晶闸管v 2.4、可关断晶闸管可关断晶闸管 v 2.5、电力晶体管电力晶体管 v 2.6、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 v 2.7、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管 v 2.8、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件v 2.9、电力电子器件的驱动与保护、电力电子器件的驱
29、动与保护第二十五页，本课件共有38页 2.9 电力电子器件的驱动与保护电力电子器件的驱动与保护电力电子电路的驱动、保护与控制包括如下内容：电力电子电路的驱动、保护与控制包括如下内容：（1）电力电子开关管的驱动：驱动器接收控制系统输出的控制信）电力电子开关管的驱动：驱动器接收控制系统输出的控制信号，经处理后发出驱动信号给开关管，控制开关器件的通、断状号，经处理后发出驱动信号给开关管，控制开关器件的通、断状态。态。（2）过流、过压保护：包括器件保护和系统保护两个方面。检测）过流、过压保护：包括器件保护和系统保护两个方面。检测开关器件的电流、电压，保护主电路中的开关器件，防止过流、开关器件的电流、电
30、压，保护主电路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出以及负载的电流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、输出以及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故。（3）缓冲器：在开通和关断过程中防止开关管过压和过）缓冲器：在开通和关断过程中防止开关管过压和过 流，减小流，减小 、减小开关损耗。减小开关损耗。第二十六页，本课件共有38页（4）滤波器：在输出直流的电力电子系统中输出滤波器用）滤波器：在输出直流的电力电子系统中输出滤波器用来滤除输出电压或电流中的交流分量以获得平稳的直流电来滤除输出电压或电流中的交流分量以获得
31、平稳的直流电能；在输出交流的电力电子系统中滤波器滤除无用的谐波能；在输出交流的电力电子系统中滤波器滤除无用的谐波以获得期望的交流电能，提高由电源所获取的以及输出至以获得期望的交流电能，提高由电源所获取的以及输出至负载的电力质量。负载的电力质量。（5）散热系统：散发开关器件和其他部件的功耗发热，减）散热系统：散发开关器件和其他部件的功耗发热，减小开关器件的热心力，降低开关器件的结温。小开关器件的热心力，降低开关器件的结温。（6）控制系统：实现电力电子电路的实时、适式控制，综）控制系统：实现电力电子电路的实时、适式控制，综合给定和反馈信号，经处理后为开关器件提供开通、关断合给定和反馈信号，经处理后
32、为开关器件提供开通、关断信号，开机、停机信号和保护信号。信号，开机、停机信号和保护信号。2.9、电力电子器件的驱动与保护、电力电子器件的驱动与保护第二十七页，本课件共有38页 2.9、电力电子器件的驱动与保护、电力电子器件的驱动与保护v 2.9.1 驱动电路驱动电路v 2.9.2 保护电路保护电路 v 2.9.3 缓冲电路缓冲电路 v 2.9.4 散热系统散热系统 第二十八页，本课件共有38页 2.9.1 驱驱 动动 电电 路路 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或加在电力电子器件控制
33、端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号。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信号，又要提供关断控对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。制信号。在高压变换电路中，需要时控制系统和主电路之间在高压变换电路中，需要时控制系统和主电路之间进行电气隔离，这可以通过脉冲变压器或光耦来实进行电气隔离，这可以通过脉冲变压器或光耦来实现。现。驱动电路的基本任务：驱动电路的基本任务：第二十九页，本课件共有38页2.9.1 驱动电路驱动电路作作用用：产产生生符符合合要要求求的的门门极极触触发发脉脉冲冲，决决定定每每个个晶
34、晶闸闸管管的的触触发导通时刻。发导通时刻。图图2.9.12.9.1为为基基于于脉脉冲冲变变压压器器PTPT和三极管放大器的驱动电路。和三极管放大器的驱动电路。工工作作原原理理：当当控控制制系系统统发发出出的的高高电电平平驱驱动动信信号号加加至至三三极极管管放放大大器器后后，变变压压器器PTPT输输出出电电压压经经D D2 2输输出出脉脉冲冲电电流流触触发发SCRSCR导导通通。当当控控制制系系统统发发出出的的驱驱动动信信号号为为零零后后，D D1 1、D DZ Z续续流流，PTPT的的原原边边电电压压速速降降为零，防止变压器饱和。为零，防止变压器饱和。图图2.9.1 带隔离变压器的带隔离变压器
35、的SCR驱动电路驱动电路1 1晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管SCRSCR触发驱动电路触发驱动电路触发驱动电路触发驱动电路第三十页，本课件共有38页 2.9.1 驱动电路驱动电路图图2.9.22.9.2光光耦耦隔隔离离的的SCRSCR驱驱动电路。动电路。工工作作原原理理：当当控控制制系系统统发发出出驱驱动动信信号号致致光光耦耦输输入入端端时时，光光耦耦输输出出电电路路中中R R上上的的电电压压产产生生脉脉冲冲电电流流触触发发SCRSCR导导通。通。图图2.9.2 光耦隔离的光耦隔离的SCR驱动电路驱动电路1 1晶闸管晶闸管SCRSCR触发驱动电路触发驱动电路第三十一页，本课件共有38页开通：在门极加正
36、驱动电流。开通：在门极加正驱动电流。2GTO的驱动电路的驱动电路GTO的几种基本驱动电路：的几种基本驱动电路：关断：在门极加很大的负电流关断：在门极加很大的负电流第三十二页，本课件共有38页 2.9.1驱动电路驱动电路1）图）图2.9.3(a)晶体管导通、关断过程：晶体管导通、关断过程：电源经使电源经使GTO触发导通，电容触发导通，电容充电，充电，电压极性如图示。当关断时，电压极性如图示。当关断时，电容放电，反向电流使电容放电，反向电流使GTO关断。关断。起开通限流作用，在起开通限流作用，在SCR阳极电流阳极电流下降期间释放出储能，补偿下降期间释放出储能，补偿GTO的门极关的门极关断电流，提高
37、了关断能力。断电流，提高了关断能力。该电路虽然简单可靠，但因无独立的关该电路虽然简单可靠，但因无独立的关断电源，断电源，其关断能力有限且不易控制。另其关断能力有限且不易控制。另一方面，电容上必须有一定的能量才能一方面，电容上必须有一定的能量才能使使GTO关断，故触发的脉冲必须有一定关断，故触发的脉冲必须有一定的宽度。的宽度。图2.9.3(a)2.GTO的几种基本驱动电路：（续）的几种基本驱动电路：（续）第三十三页，本课件共有38页 2.9.1 驱动电路驱动电路导通和关断过程：图导通和关断过程：图2.9.3(b)导通：导通：1、2导通时导通时GTO被触发；被触发；关断：关断：1、2关断和关断和S
38、CR、SCR 导通时导通时GTO门极与阴极间流过门极与阴极间流过 负电流而被关断；负电流而被关断；图图2.9.3(b)2.GTO的几种基本驱动电路：（续）的几种基本驱动电路：（续）由于由于GTO的开通和关断均依赖于一的开通和关断均依赖于一个独立的电源，故其关断能力强且个独立的电源，故其关断能力强且可控制，其触发脉冲可采用窄脉冲；可控制，其触发脉冲可采用窄脉冲；第三十四页，本课件共有38页 2.9.1驱动电路驱动电路 图图2.9.3(c)中，导通和关断用两中，导通和关断用两个独立的电源，开关元件少，电个独立的电源，开关元件少，电路简单。路简单。图图2.9.3(d)，对对于于300A以以上上的的G
39、TO，用用此此驱驱动动电电路路可可以以满满足要求。足要求。2.GTO2.GTO的几种基本驱动电路：的几种基本驱动电路：（续）（续）（续）（续）第三十五页，本课件共有38页 2.9.1 驱动电路驱动电路1)作用作用:将控制电路输出的控制信号放大到足以将控制电路输出的控制信号放大到足以保证保证GTR可靠导通和关断的程度。可靠导通和关断的程度。2)功能功能:提提供供合合适适的的正正反反向向基基流流以以保保证证GTR可可靠靠导导通通与与关关断断(期期望望的的基基极极驱驱动动电电流流波波形形如如图图2.9.4 所示所示)。实现主电路与控制电路的隔离。实现主电路与控制电路的隔离。具具有有自自动动保保护护功
40、功能能，以以便便在在故故障障发发生生时时快速自动切除驱动信号，避免损坏快速自动切除驱动信号，避免损坏GTR。电电路路尽尽可可能能简简单单、工工作作稳稳定定可可靠靠、抗抗干干扰扰能力强。能力强。图图2.9.4 理想的基极理想的基极驱动电流波形驱动电流波形 3GTR的驱动电路的驱动电路 第三十六页，本课件共有38页 3GTR的参考驱动电路（续）的参考驱动电路（续）图图2.9.5 双电源驱动电路双电源驱动电路 图图2.9.7UAA4002组成组成 的的GTR驱动电路驱动电路 第三十七页，本课件共有38页 2.9.1 驱动电路驱动电路 由由于于IGBT的的输输入入特特性性几几乎乎和和VDMOS相相同同(阻阻抗抗高高，呈呈容容性性)所所以以，要要求求的的驱驱动动功功率率小小，电电路路简简单单，用用于于IGBT的的驱驱动动电电路路同样可以用于同样可以用于VDMOS。图图2.9.8 采用脉冲变压器采用脉冲变压器 隔离的栅极驱动电路隔离的栅极驱动电路 图图2.9.9 推挽输出的推挽输出的 栅极驱动电路栅极驱动电路 4MOSFET和和IGBT的驱动电路的驱动电路第三十八页，本课件共有38页