第7章 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路

1、7.1 電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)7.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)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的意義。一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：按控制目標(biāo)的要求施加開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)。對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。7.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(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電

2、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 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖7-1 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型7.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述v按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型和電電壓驅(qū)動(dòng)型壓驅(qū)動(dòng)型。v驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件分立元件的，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(kāi)發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。分類分類7.1.2 晶閘管

3、的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路t晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。由于晶閘管觸發(fā)觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用，為了減小門導(dǎo)通后，門極觸發(fā)信號(hào)即失去控制作用，為了減小門極的損耗，一般不采用直流或交流信號(hào)觸發(fā)晶閘管，極的損耗，一般不采用直流或交流信號(hào)觸發(fā)晶閘管，而廣泛采用而廣泛采用脈沖觸發(fā)信號(hào)脈沖觸發(fā)信號(hào)。7.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路v晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。

4、觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度功率功率(觸發(fā)觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流電壓和觸發(fā)電流) 。不超過(guò)門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。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。tIIMt1t2t3t4圖7-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（1s）t1t3強(qiáng)脈沖寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（2.5IGT2IGT）7.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路n觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽(yáng)極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。n在可控整流電路中，為保證控制的規(guī)律性，要求晶閘管在每個(gè)陽(yáng)極電壓周期都在相同的控制角觸發(fā)導(dǎo)通這就要求觸發(fā)脈沖的

5、頻率必須與陽(yáng)極電壓一致，且觸發(fā)脈沖的前沿與陽(yáng)極電壓應(yīng)保持固定的相位關(guān)系，這叫做觸發(fā)脈沖與陽(yáng)極電壓同步。 7.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路npulse-transformern利用鐵心的磁飽和性能把輸入的正弦波電壓變成窄脈沖形輸出電壓的變壓器。n可用于燃燒器的點(diǎn)火、晶閘管的觸發(fā)等。7.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路npulse-transformern脈沖變壓器結(jié)構(gòu)為原繞組套在斷面較大的由硅鋼片疊成的鐵心柱上，副繞組套在坡莫合金材料制成的斷面較小的易于高度飽和的鐵心柱上，在兩柱中間可設(shè)置磁分路。電壓和磁通的關(guān)系，輸入電壓u1是正弦波，在左面鐵心中產(chǎn)生正弦磁通1。右面鐵心中磁

6、通2高度飽和，是平頂波，它只有在零值附近發(fā)生變化，并立即飽和達(dá)到定值。當(dāng)2過(guò)零值的瞬間，在副繞組中就感應(yīng)出極陡的窄脈沖電動(dòng)勢(shì)e2。磁分路有氣隙存在，基本上按線性變化，與漏磁相似，其作用在于保證1為正弦波。 7.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路vV1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。v脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。v V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖7-3 常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路7.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1) GTOGTO的開(kāi)通控制開(kāi)通控制與普通晶閘管相似。GTO關(guān)斷控制關(guān)

7、斷控制需施加負(fù)門極電流。GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。圖7-4推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1) 電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓7.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。圖7-5 典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路+5V+15V-15V7.1.1 7.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述7.1.3 典型全控型器件

8、的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(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)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。tOib 圖7-6 理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形(2) GTR7.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖7-7GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)GTR的集成驅(qū)動(dòng)電路中，THOMSON公司的 UAA40

9、02和三菱公司的M57215BL較為常見(jiàn)。7.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般1015V，使IGBT開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15 20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-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。2) 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路7.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1) 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)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7-8電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路 專為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號(hào)電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和-10V。 7.1.3 典型全控型器件的