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1、会计学1西安交大电力电子技术讲义电力电子器件西安交大电力电子技术讲义电力电子器件应用的共性问题应用的共性问题2/269.1 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述 9.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路 第1页/共26页3/269.1.1 9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 是电力电子主电路与控制电路之间的是电力电子主电
2、路与控制电路之间的是电力电子主电路与控制电路之间的是电力电子主电路与控制电路之间的接口接口接口接口。良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态开关状态开关状态开关状态，缩短开关时间，缩短开关时间，缩短开关时间，缩短开关时间，减小开关损耗。减小开关损耗。减小开关损耗。减小开关损耗。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的
3、意义。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。驱动电路的基本任务驱动电路的基本任务驱动电路的基本任务驱动电路的基本任务 按控制目标的要求给器件施加按控制目标的要求给器件施加按控制目标的要求给器件施加按控制目标的要求给器件施加开通开通开通开通或或或或关断关断关断关断的信号。的信号。的信号。的信号。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
4、制信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，又要提供关断控制信号。号，又要提供关断控制信号。号，又要提供关断控制信号。号，又要提供关断控制信号。第2页/共26页4/269.1.1 9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述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，一般采用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，一般采用光隔离光隔离或或磁隔离磁隔离。光隔离一般采用光耦合器光隔离一般采用光耦合器 光耦合器由发光二极管
5、和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。有有普通普通、高速高速和和高传输比高传输比三种类型。三种类型。磁隔离的元件通常是脉冲变压器磁隔离的元件通常是脉冲变压器 当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调高频调制和解调的方法。的方法。ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1图图9-1 光耦合器的类型及接法光耦合器的类型及接法a)普通型普通型 b)高速型高速型 c)高传输比高传输比型型 第3页/共26页5/269.1.1 9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述电力
6、电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路的分类驱动电路的分类驱动电路的分类驱动电路的分类 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为力电子器件分为力电子器件分为力电子器件分为电流驱动型电流驱动型电流驱动型电流驱动型和和和和电压驱动型电压驱动型电压驱动型电压驱动型两类。两类。两类。两类。晶闸管的驱动电路常称为触发电路。晶闸管的驱动电路常称为触发电路。晶
7、闸管的驱动电路常称为触发电路。晶闸管的驱动电路常称为触发电路。驱动电路具体形式可为驱动电路具体形式可为驱动电路具体形式可为驱动电路具体形式可为分立元件分立元件分立元件分立元件的，但目前的趋势是采用专用的，但目前的趋势是采用专用的，但目前的趋势是采用专用的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路集成驱动电路集成驱动电路集成驱动电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件
8、生产厂家专门开发的集成驱动电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。第4页/共26页6/269.1.2 9.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路IIMt1t2t3t4图图9-2理想的晶闸管触发脉冲电流波理想的晶闸管触发脉冲电流波形形t1t2脉冲前沿上升时间（脉冲前沿上升时间（1 s）t1t3强脉冲宽度强脉冲宽度IM强脉冲幅值（强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度脉冲宽度I脉冲平顶幅值（脉冲平顶幅
9、值（1.5IGT2IGT）晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 作用：产生符合要求的作用：产生符合要求的门极触发脉冲门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路相位控制电路。触发电路应满足下列要求触发电路应满足下列要求 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，比如对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，比如对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。触发脉冲应有触发脉冲应有足够的幅度足够的幅度
10、，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达12A/s。触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。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。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。第5页/共26页7/269.1.2 9.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路图图
11、9-3 常见的晶闸管触发电常见的晶闸管触发电路路常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路 由由V1、V2构成的构成的脉冲放大环脉冲放大环节节和脉冲变压器和脉冲变压器TM和附属电路构和附属电路构成的成的脉冲输出环节脉冲输出环节两部分组成。两部分组成。当当V1、V2导通时，通过脉冲导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。间输出触发脉冲。VD1和和R3是为了是为了V1、V2由导由导通变为截止时脉冲变压器通变为截止时脉冲变压器TM释放释放其储存的能量而设的。其储存的能量而设的。为了获得触发脉冲波形中的为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它强
12、脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。电路环节。第6页/共26页8/269.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路OttOuGiG图图9-4 推荐的推荐的GTO门极电压电流波形门极电压电流波形电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路 GTO和和GTR是电流驱动型器是电流驱动型器件。件。GTO 开通控制与普通晶闸管相开通控制与普通晶闸管相似，但对触发脉冲前沿的幅值和似，但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流，使通期间施加正门极电流，使GTO关断需施加负
13、门极电流，对其幅关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高。值和陡度的要求更高。GTO一般用于大容量电路一般用于大容量电路的场合，其驱动电路通常包括的场合，其驱动电路通常包括开开通驱动电路通驱动电路、关断驱动电路关断驱动电路和和门门极反偏电路极反偏电路三部分，可分为三部分，可分为脉冲脉冲变压器耦合式变压器耦合式和和直接耦合式直接耦合式两种两种类型。类型。幅值需达阳极电流幅值需达阳极电流的的1/3左右，陡度左右，陡度需达需达50A/s，强，强负脉冲宽度约负脉冲宽度约30 s，负脉冲总，负脉冲总宽约宽约100 s 施加约施加约5V的负的负偏压，以提高偏压，以提高抗干扰能力。抗干扰能力。第7页/
14、共26页9/269.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路图图9-5 典型的直接耦合式典型的直接耦合式GTO驱动电路驱动电路 直接耦合式驱动电路直接耦合式驱动电路 可避免电路内部的相互干扰可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿；缺点是功耗大，效率冲前沿；缺点是功耗大，效率较低。较低。电路的电源由高频电源经二电路的电源由高频电源经二极管整流后提供，极管整流后提供，VD1和和C1提提供供+5V电压，电压，VD2、VD3、C2、C3构成构成倍压整流电路倍压整流电路提供提供+15V
15、电压，电压，VD4和和C4提供提供-15V电压。电压。V1开通时，输出正强脉冲；开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部开通时，输出正脉冲平顶部分；分；V2关断而关断而V3开通时输出负开通时输出负脉冲；脉冲；V3关断后关断后R3和和R4提供门提供门极负偏压。极负偏压。第8页/共26页10/269.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路tOibGTR 开通的基极驱动电流应使其处于开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区。，使之不进入放大区和深饱和区。关断时，施加一定
16、的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（关断时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗，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。左右）的负偏压。GTR的一种驱动电路的一种驱动电路 包括包括电气隔离电气隔离和和晶体管放大电路晶体管放大电路两部分。两部分。VD2和和VD3构成构成贝克箝位电路贝克箝位电路，是一种抗饱和电路，可使，是一种抗饱和电路，可使GTR导通时处于临界饱和状态；导通时处于临界饱和状态；C2为加速开通过程的电容，开通时为加速开通过程的电容，开通时R5被被C2短路，这样可以实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开
17、通。短路，这样可以实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开通。驱动驱动GTR的集成驱动电路中，的集成驱动电路中，THOMSON公司的公司的UAA4002和三菱公司的和三菱公司的M57215BL较为常见。较为常见。图图9-6 理想的理想的GTR基极驱动电流波形基极驱动电流波形图图9-7 GTR的一种驱动电路的一种驱动电路 第9页/共26页11/269.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路图图9-8 电力电力MOSFET的一种驱动电的一种驱动电路路电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路 电力电力MOSFE
18、T和和IGBT是电压驱动型器件。是电压驱动型器件。为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。使电力使电力MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取开通的栅源极间驱动电压一般取1015V，使，使IGBT开通的栅射极间驱动电压一般取开通的栅射极间驱动电压一般取15 20V。关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡寄生振荡，该电阻阻值
19、应随被驱动器件电流额定值的增大而减小。，该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小。电力电力MOSFET 包括包括电气隔离电气隔离和和晶体管放大电路晶体管放大电路两部分；当无输入信号时两部分；当无输入信号时高速放大器高速放大器A输出负电平，输出负电平，V3导通输出负驱动电压，当有输入信号时导通输出负驱动电压，当有输入信号时A输出正电平，输出正电平，V2导通输出正驱动电压。导通输出正驱动电压。第10页/共26页12/269.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路图图9-9 M57962L型型IGBT驱动器的原理和接
20、线图驱动器的原理和接线图 专为驱动电力专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为，其输入信号电流幅值为16mA，输出最大脉冲电流为，输出最大脉冲电流为+2A和和-3A，输出驱动电压，输出驱动电压+15V和和-10V。IGBT 多采用专用的多采用专用的混合集成驱动器混合集成驱动器，常用的有三菱公司的，常用的有三菱公司的M579系列（如系列（如M57962L 和和M57959L）和富士公司的）和富士公司的EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850 和和EXB851）。）。第11页/共26页13/2
21、69.2 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护电力电子器件的保护电力电子器件的保护 9.2.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 9.2.2 过电流保护过电流保护 9.2.3 缓冲电路缓冲电路第12页/共26页14/269.2.1 9.2.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 过电压分为过电压分为过电压分为过电压分为外因过电压外因过电压外因过电压外因过电压和和和和内因过电压内因过电压内因过电压内因过电压两类。两类。两类。两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原外因过电压主要来自雷击和系统中的操
22、作过程等外部原外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原 因，包括因，包括因，包括因，包括 操作过电压操作过电压操作过电压操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。雷击过电压雷击过电压雷击过电压雷击过电压：由雷击引起的过电压。：由雷击引起的过电压。：由雷击引起的过电压。：由雷击引起的过电压。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开
23、关过内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过 程，包括程，包括程，包括程，包括 换相过电压换相过电压换相过电压换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压关断过电压关断过电压关断过电压：全控型器件在较高
24、频率下工作，当器件关断时，因正向电流的：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。第13页/共26页15/269.2.1 9.2.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护图图9-10过电压抑制措施及配置位置过电压抑制措施及配置位置F
25、避雷器避雷器D变压器静电屏蔽层变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用阀侧浪涌过电压抑制用RC电路电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路电路RV压敏电阻过电压抑制器压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用阀器件换相过电压抑制用RC电路电路RC4直流侧直流侧RC抑制电路抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用阀器件关断过电压抑制用RCD电路电路过电压抑制措施及配置位置过电压抑制措施及配置位置 各电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。各电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。RC3和和RCD为抑制为抑
26、制内因过电压内因过电压的措施。的措施。第14页/共26页16/269.2.1 9.2.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护图图9-11 RC过电压抑制电路联结方式过电压抑制电路联结方式a)单相单相b)三相三相图图9-12反向阻断式过电压抑制用反向阻断式过电压抑制用RC电电路路抑制外因过电压来采用抑制外因过电压来采用RC过电压抑制电路。过电压抑制电路。对大容量的电力电子装置，可采用图对大容量的电力电子装置，可采用图9-12所示的所示的反向阻断式反向阻断式RC电路。电路。采用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（采用雪崩二
27、极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施。）等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施。第15页/共26页17/269.2.2 9.2.2 过电流保护过电流保护过电流保护过电流保护图图9-13 过电流保护措施及配置位过电流保护措施及配置位置置过电流分过载和短路两种情况。过电流分过载和短路两种情况。过电流保护措施及其配置位置过电流保护措施及其配置位置 快速熔断器快速熔断器、直流快速断路器直流快速断路器和和过电流继电器过电流继电器是较为常用的措施，一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。是较为常用的
28、措施，一般电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理性。通常，电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。通常，电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。第16页/共26页18/269.2.2 9.2.2 过电流保护过电流保护过电流保护过电流保护快速熔断器（简称快熔）快速熔断器（简称快熔）快速熔断器（简称快熔）快速熔断器（简称快熔）是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。是
29、电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。选择快熔时应考虑选择快熔时应考虑选择快熔时应考虑选择快熔时应考虑 电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。电流容量应按其在主电路
30、中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔的快熔的快熔的快熔的 t t值应小于被保护器件的允许值应小于被保护器件的允许值应小于被保护器件的允许值应小于被保护器件的允许 t t值。值。值。值。为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间 电流特性。电流特性。电流特性。电流特性。快熔对器件的保护方式可分为快熔对器件的保护方式可分为快熔对器件的保护方式可分为快熔对器件的保护方式可分为全保护全保护全保护全保护和和和和短路保护短路保护短路保护短路保护两种。两种。两种。两
31、种。全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。较大的场合。较大的场合。较大的场合。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用
32、对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子电子电子电子电路电路电路电路进行过电流保护。进行过电流保护。进行过电流保护。进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置常在全控型器件的驱动电路中设置常在全控型器件的驱动电路中设置常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节过电流保护环节过电流保护环节过电流保护环节，器件对电流的，器件对电流的，器件对电流的，器件对电流的响应是最快的。响应是最快的。响应是最快的。响应是最快的。第17页/共26页19/269.2.3 9.2.3 缓冲电路缓冲电路缓冲电路缓冲电路 缓冲电路（缓冲电路（缓
33、冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit）又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的）又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的）又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的）又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压内因过电压内因过电压内因过电压、d du u/d/dt t或者或者或者或者过电流过电流过电流过电流和和和和d di i/d/dt t，减小器件的，减小器件的，减小器件的，减小器件的开关损耗开关损耗开关损耗开关损耗。分类分类分类分类 分为分为分为分为关断缓冲电路关断缓冲电路关断缓冲电路关断缓冲电路和和和和开通缓冲电路开通缓冲电路开通缓冲
34、电路开通缓冲电路 关断缓冲电路：又称为关断缓冲电路：又称为关断缓冲电路：又称为关断缓冲电路：又称为d du u/d/dt t抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制d du u/d/dt t，减小关断损耗。，减小关断损耗。，减小关断损耗。，减小关断损耗。开通缓冲电路：又称为开通缓冲电路：又称为开通缓冲电路：又称为开通缓冲电路：又称为d di i/d/dt t抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和抑制电路，用于抑制器件开通时的电
35、流过冲和抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和d di i/d/dt t，减小器，减小器，减小器，减小器件的开通损耗。件的开通损耗。件的开通损耗。件的开通损耗。复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起。复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起。复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起。复合缓冲电路：关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起。还可分为还可分为还可分为还可分为耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路和和和和馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路 耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路耗能式缓
36、冲电路耗能式缓冲电路 ：缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上。：缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上。：缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上。：缓冲电路中储能元件的能量消耗在其吸收电阻上。馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路 ：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，也称无损吸收电：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，也称无损吸收电：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，也称无损吸收电：缓冲电路能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，也称无损吸收电路。路。路。路。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，而将开通缓冲电路区别叫做通常将缓冲电路专
37、指关断缓冲电路，而将开通缓冲电路区别叫做通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，而将开通缓冲电路区别叫做通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，而将开通缓冲电路区别叫做di/dtdi/dt抑制电路。抑制电路。抑制电路。抑制电路。第18页/共26页20/269.2.3 9.2.3 缓冲电路缓冲电路缓冲电路缓冲电路b)tuCEiCOdidt抑制电路时无didt抑制电路时有有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC图图9-14di/dt抑制电路和充放电型抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波缓冲电路及波形形a)电路电路 b)波形波形缓冲电路缓冲电路 图图9-14a给出的是一种缓冲电路和给出的是一种缓冲电路和di/dt抑制电路
38、的电路图。抑制电路的电路图。在无缓冲电路的情况下，在无缓冲电路的情况下，di/dt很大，关断时很大，关断时du/dt很大，并出现很高的过电压，如图很大，并出现很高的过电压，如图9-14b。在有缓冲电路的情况下在有缓冲电路的情况下 V开通时，开通时，Cs先通过先通过Rs向向V放电，使放电，使iC先上一个台阶，以后因为先上一个台阶，以后因为Li的作用，的作用，iC的上升速度减慢。的上升速度减慢。V关断时，负载电流通过关断时，负载电流通过VDs向向Cs分流，减轻了分流，减轻了V的负担，抑制了的负担，抑制了du/dt和过电压。和过电压。因为关断时电路中（含布线）电感的能量要释放，所以还会出现一定的过电
39、压。因为关断时电路中（含布线）电感的能量要释放，所以还会出现一定的过电压。第19页/共26页21/269.2.3 9.2.3 缓冲电路缓冲电路缓冲电路缓冲电路ADCB无缓冲电路有缓冲电路uCEiCO图图9-15 关断时的负载关断时的负载线线图图9-16 另外两种常用的缓冲电路另外两种常用的缓冲电路a)RC吸收电路吸收电路b)放电阻止型放电阻止型RCD吸收电路吸收电路 关断过程关断过程 无缓冲电路时，无缓冲电路时，uCE迅速上升，负载线从迅速上升，负载线从A移动到移动到B，之后，之后iC才下降到漏电流的大小，负载线随之移动到才下降到漏电流的大小，负载线随之移动到C。有缓冲电路时，由于有缓冲电路时
40、，由于Cs的分流使的分流使iC在在uCE开始上升的同时就下降，因此负载线经过开始上升的同时就下降，因此负载线经过D到达到达C。负载线在到达负载线在到达B时很可能超出安全区，使时很可能超出安全区，使V受到损坏，而负载线受到损坏，而负载线ADC是很安全的，且损耗小。是很安全的，且损耗小。另外两种常用的缓冲电路形式另外两种常用的缓冲电路形式 RC缓冲电路缓冲电路主要用于小容量器件，而主要用于小容量器件，而放电阻止型放电阻止型RCD缓冲电路缓冲电路用于中或大容量器件。用于中或大容量器件。晶闸管在实际应用中一般只承受换相过电压，没有关断过电压问题，关断时也没有较大的晶闸管在实际应用中一般只承受换相过电压
41、，没有关断过电压问题，关断时也没有较大的du/dt，因此一般采用，因此一般采用RC吸收电路即可。吸收电路即可。第20页/共26页22/269.3 9.3 电力电子器件的串联使用和并联使用电力电子器件的串联使用和并联使用电力电子器件的串联使用和并联使用电力电子器件的串联使用和并联使用 9.3.1 晶闸管的串联晶闸管的串联 9.3.2 晶闸管的并联晶闸管的并联 9.3.3 电力电力MOSFET的并联和的并联和IGBT的并联的并联第21页/共26页23/269.3.1 9.3.1 晶闸管的串联晶闸管的串联晶闸管的串联晶闸管的串联图图9-17 晶闸管的串联晶闸管的串联a)伏安特性差异伏安特性差异b)串
42、联均压措施串联均压措施对较大型的电力电子装置，当单个电力电子器件的电压或电流定额不能满足要求时，往往需要对较大型的电力电子装置，当单个电力电子器件的电压或电流定额不能满足要求时，往往需要将电力电子器件串联或并联将电力电子器件串联或并联起来工作，或者起来工作，或者将电力电子装置串联或并联将电力电子装置串联或并联起来工作。起来工作。晶闸管的串联晶闸管的串联 当晶闸管的当晶闸管的额定电压额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。静态不均压问题静态不均压问题 由于器件静态特性不同而造成的均压问题。由于器件静态特性不同而造成的均压问题。为达到
43、静态均压，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以为达到静态均压，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压采用电阻均压。动态不均压问题动态不均压问题 由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题。由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题。为达到动态均压，同样首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外还可以为达到动态均压，同样首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外还可以用用RC并联支路作动态均压并联支路作动态均压；对于晶闸管来讲，采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。；对于晶闸管来讲，采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。Rp的阻值应比
44、的阻值应比任何一个器件任何一个器件阻断时的正、阻断时的正、反向电阻小得反向电阻小得多多第22页/共26页24/269.3.2 9.3.2 晶闸管的并联晶闸管的并联晶闸管的并联晶闸管的并联 晶闸管的并联晶闸管的并联晶闸管的并联晶闸管的并联 大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担较大的电流较大的电流较大的电流较大的电流。晶闸管并联就会分别因晶闸管并联就会分别因晶闸管并联就会分别因晶闸管并联就会分别因静态静态静态静态和和和和动态动态动态动态特性参数的差异而存在电流分特性参
45、数的差异而存在电流分特性参数的差异而存在电流分特性参数的差异而存在电流分配不均匀的问题。配不均匀的问题。配不均匀的问题。配不均匀的问题。均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采用用用用均流电抗器均流电抗器均流电抗器均流电抗器；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸
46、管时，通常采用当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并先串后并先串后并先串后并的方法联接。的方法联接。的方法联接。的方法联接。第23页/共26页25/269.3.3 9.3.3 电力电力电力电力MOSFETMOSFET的并联和的并联和的并联和的并联和IGBTIGBT的并联的并联的并联的并联 电力电力电力电力MOSFETMOSFET的并联的并联的并联的并联 R Ronon具有具有具有具有正温度系数正温度系数正温度系数正温度系数，具有，具有，具有，具有电流自动均衡能力电流自动均衡能力电流自动均衡能力电流自动均衡能力，
47、容易并联。，容易并联。，容易并联。，容易并联。应选用应选用应选用应选用R Ronon、UUT T、G Gfs fs和输入电容和输入电容和输入电容和输入电容C Cississ尽量相近的器件并联。尽量相近的器件并联。尽量相近的器件并联。尽量相近的器件并联。电路走线和布局应尽量对称。电路走线和布局应尽量对称。电路走线和布局应尽量对称。电路走线和布局应尽量对称。可在源极电路中串入小电感可在源极电路中串入小电感可在源极电路中串入小电感可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。起到均流电抗器的作用。起到均流电抗器的作用。起到均流电抗器的作用。IGBTIGBT的并联的并联的并联的并联 在在在在1/21
48、/2或或或或1/31/3额定电流以下的区段，通态压降具有额定电流以下的区段，通态压降具有额定电流以下的区段，通态压降具有额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数；在以上的区段；在以上的区段；在以上的区段；在以上的区段则具有则具有则具有则具有正温度系数正温度系数正温度系数正温度系数；也具有一定的；也具有一定的；也具有一定的；也具有一定的电流自动均衡能力电流自动均衡能力电流自动均衡能力电流自动均衡能力，易于并联使用。，易于并联使用。，易于并联使用。，易于并联使用。在器件参数和特性选择、电路布局和走线、散热条件等方面也应尽量一致。在器件参数和特性选择、电路布局和走线、
49、散热条件等方面也应尽量一致。在器件参数和特性选择、电路布局和走线、散热条件等方面也应尽量一致。在器件参数和特性选择、电路布局和走线、散热条件等方面也应尽量一致。第24页/共26页26/26本章小结本章小结本章小结本章小结 本章要点本章要点本章要点本章要点 对电力电子器件驱动电路的基本要求。对电力电子器件驱动电路的基本要求。对电力电子器件驱动电路的基本要求。对电力电子器件驱动电路的基本要求。在驱动电路中实现电力电子主电路和控制电路电气隔离的基本方在驱动电路中实现电力电子主电路和控制电路电气隔离的基本方在驱动电路中实现电力电子主电路和控制电路电气隔离的基本方在驱动电路中实现电力电子主电路和控制电路
50、电气隔离的基本方 法和原理。法和原理。法和原理。法和原理。对晶闸管触发电路的基本要求以及典型触发电路的基本原理。对晶闸管触发电路的基本要求以及典型触发电路的基本原理。对晶闸管触发电路的基本要求以及典型触发电路的基本原理。对晶闸管触发电路的基本要求以及典型触发电路的基本原理。对电力对电力对电力对电力MOSFETMOSFET和和和和IGBTIGBT等全控型器件驱动电路的基本要求以及典等全控型器件驱动电路的基本要求以及典等全控型器件驱动电路的基本要求以及典等全控型器件驱动电路的基本要求以及典 型驱动电路的基本原理。型驱动电路的基本原理。型驱动电路的基本原理。型驱动电路的基本原理。电力电子器件过电压的