食品生產(chǎn)加工企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)巡查記錄

1、 第2章 電力電子器件的應(yīng)用根底本章要點(diǎn) 晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)易觸發(fā)、單結(jié)晶體管觸發(fā)、鋸齒波觸發(fā)和集成觸發(fā)電路； 可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管的門極驅(qū)動(dòng)； 可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管的保護(hù)電路； 全控型電力電子器件的緩沖電路； GTO、P-MOSFET、IGBT器件的串并聯(lián)應(yīng)用。2.1 晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)電路2.1.1 晶閘管的門極驅(qū)動(dòng)(觸發(fā))一、對(duì)觸發(fā)電路的要求1觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓；2觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率；3觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿應(yīng)盡可能陡；4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

2、電路要求。 二、常用的觸發(fā)脈沖信號(hào)a為正弦波觸發(fā)脈沖信號(hào)。前沿不陡，觸發(fā)準(zhǔn)確性差，僅用在觸發(fā)要求不高的場(chǎng)合；b尖脈沖。生成較容易，電路簡(jiǎn)單，也用于觸發(fā)要求不高的場(chǎng)合；c矩形脈沖；d強(qiáng)觸發(fā)脈沖。前沿陡，寬度可變，有強(qiáng)觸發(fā)功能，適用于大功率場(chǎng)合；e雙窄脈沖。有強(qiáng)觸發(fā)功能，變壓器耦合效率高，用于控制精度較高，感性負(fù)載的裝置；f脈沖列。具有雙窄脈沖的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。三、脈沖電路與晶閘管的連接方式1.直接連接：操作不平安，主電路干擾觸發(fā)電路。 2.光耦合器連接：輸入和輸出間電隔離，絕緣性能好，抗干 擾能力強(qiáng)。3.脈沖變壓器耦合連接：有良好的電氣絕緣。2.1.2 晶閘管的簡(jiǎn)易觸發(fā)電路一、幾種簡(jiǎn)易移相觸發(fā)實(shí)

3、用電路二、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路1、單結(jié)晶體管 單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號(hào)及外形2、單結(jié)晶體管自激振蕩電路3、單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路2.1.3 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 1、 脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構(gòu)成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成。控制電壓uco加在V4基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次輸出。 當(dāng)V4的基極電壓uco=0時(shí)，V4截止。電源+E1經(jīng)R11供給V5基極電流，使V5飽和導(dǎo)通。所以V5集電極電壓接近-E1，V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。電源+E1經(jīng)R9、V5的發(fā)射極到-E1對(duì)電容C3充電，充滿后電容端電壓接近2E1，極性如下圖。當(dāng)uco0.7V時(shí)，V4

4、導(dǎo)通。A點(diǎn)電位從+E1突降到1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-2E1，V5基射極反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1迅速上升到鉗位電壓2.1V時(shí)，使得V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí)電容C3由+E1經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。直到V5基極電位ub5 -E1，V5又重新導(dǎo)通。這時(shí)V5集電極電壓立即降到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度由反向充電時(shí)間常數(shù)R11C3決定。 2、鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一

5、恒流源電路。 當(dāng)V2截止時(shí)，恒流源電流I1C對(duì)電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為 uC按線性增長(zhǎng)，即ub3按線性增長(zhǎng)。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。 當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，因R4很小，所以C2迅速放電，使得ub3電位迅速降到零伏附近。當(dāng)V2周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，ub3便形成一鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對(duì)鋸齒波電壓ub3的影響。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者疊加所定，它們分別通過(guò)電阻R6、R7、R8 與V4基極連接。 根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在基極時(shí)的電壓，其值為 所以u(píng)h仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。

6、同理，直流偏移電壓up單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓 為 控制電壓uco單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓 為： 所以， 仍為一條與up平行的直線，但絕對(duì)值比up小； 仍為一條與uco平行的直線，但絕對(duì)值比uco小。 當(dāng)V4不導(dǎo)通時(shí)，V4的基極b4的波形由 確定。當(dāng)b4點(diǎn)電壓等于0.7V后，V4導(dǎo)通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時(shí)刻，脈沖被移相。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時(shí)脈沖的初始相位。以三相全控橋?yàn)槔?，?dāng)接反電勢(shì)電感負(fù)載時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在=90度；當(dāng)uco=0時(shí)，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)對(duì)應(yīng)=90度的位置。當(dāng)uco為0，=90度，那么輸出電壓為0；如uco為正值，

7、M點(diǎn)就向前移，控制角90度，處于逆變狀態(tài)。 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形 3、 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管V2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。 同步是指鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當(dāng)電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，因Q點(diǎn)為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截

8、止。在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過(guò)R1給電容C1充電，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ為電容反向充電波形。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復(fù)，在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，到達(dá)同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)R1C1決定的。 4、雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 觸發(fā)電路自身在一個(gè)周期內(nèi)可輸出兩個(gè)間隔60度的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過(guò)脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。

9、本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，就會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。因此本電路可產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角使V4由截止變導(dǎo)通造成V5瞬時(shí)截止，使得V8輸出脈沖。隔60度的第二個(gè)脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過(guò)連接到引腳Y使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和R17的作用主要是防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。 在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按以下圖接線。六個(gè)觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5、強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)3

10、6V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對(duì)C6充電，B點(diǎn)電位為50V。當(dāng)V8導(dǎo)通時(shí)，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容C6的存儲(chǔ)能量有限，B點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)B點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，VD15導(dǎo)通，B點(diǎn)電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺(tái)。C5組成加速電路，用來(lái)提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。 6、脈沖封鎖二極管 VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實(shí)現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來(lái)防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。 2.1.4 集成觸發(fā)電路目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有KJ系列和KC系列，國(guó)外生產(chǎn)的有TCA系列，下面簡(jiǎn)要介

11、紹由KC系列的KC04移相觸發(fā)器和KC4lC六路雙脈沖形成器所組成的三相全控橋集成觸發(fā)器的工作原理。 1、KC04移相觸發(fā)器1KC04移相觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)如下： 電源電壓：DCl5V，允許波動(dòng)5%； 電源電流：正電流l5mA，負(fù)電流8mA； 移相范圍： ( =30V， =l5K)； 脈沖寬度：400 s2ms； 脈沖幅值：13V； 最大輸出能力：100mA； 正負(fù)半周脈沖不均衡：土 ； 環(huán)境溫度：- 。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)3KC04移相觸發(fā)器的內(nèi)部線路組成 KC04移相觸發(fā)器的內(nèi)部線路是由同步環(huán)節(jié)、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成及整形放大、脈沖輸出等環(huán)節(jié)組成 。 同步環(huán)節(jié)V1V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步

12、電壓us經(jīng)限流電阻R20加到V1、V2的基極。在同步電壓正半波us0.7V時(shí)，V1導(dǎo)通，V4截止；在同步電壓負(fù)半波us-0.7V時(shí)，V2、V3導(dǎo)通，V4截止；只有在us0.7V時(shí)，V4導(dǎo)通。 鋸齒波形成 V4截止時(shí)，C1充電，形成鋸齒波的上升段，V4導(dǎo)通時(shí)，C1放電，形成鋸齒波的下降段，每周期形成兩個(gè)鋸齒波。鋸齒波寬度小于180。 移相環(huán)節(jié) V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)，基極信號(hào)是鋸齒波電壓、偏移電壓和控制電壓的綜合。改變V6基極電位，V6導(dǎo)通時(shí)刻隨之改變，實(shí)現(xiàn)脈沖移相。 脈沖形成 V7等組成脈沖形成環(huán)節(jié)，平時(shí)V7導(dǎo)通，電容C2充電為左正右負(fù)。V6導(dǎo)通時(shí)，其集電極電位突然下降，同時(shí)引起V7截止。

13、電容C2放電并反充電為左負(fù)右正。當(dāng)V7基極電位Ube70.7V時(shí)，V7導(dǎo)通，V7集電極有脈沖輸出。V7集電極每周期輸出間隔180的兩個(gè)脈沖。 脈沖分選 V8、V12組成脈沖分選環(huán)節(jié)，脈沖分選保證同步電壓正半周V8截止，同步電壓負(fù)半周V12截止，使得觸發(fā)電路在一周內(nèi)有兩個(gè)相位上相差180的脈沖輸出。 KC04移相觸發(fā)器的管腳分布 KC04移相觸發(fā)器各腳的波形 KC04移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置。KC系列中還有KC0l，KC09等。KJ00l主要用于單相、三相半控橋等整流電路中的移相觸發(fā)，可獲得寬脈沖。KC09是KC04的改進(jìn)型，兩者可互換，適用于單相、三相全控式整流電路中的移相觸發(fā)

14、，可輸出兩路相位差180度的脈沖。它們都具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好以及抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。2、KC04的一個(gè)典型應(yīng)用電路 3、KC4lC六路雙窄脈沖形成器KC4lC是六路雙脈沖形成集成電路KC4lC的輸入信號(hào)通常是KC04的輸出，把三塊KC04移相觸發(fā)器的l腳與15腳產(chǎn)生的6個(gè)主脈沖分別接到KC4lC集成塊的16腳，經(jīng)內(nèi)部集成二極管完成“或功能，形成雙窄脈沖，再由內(nèi)部6個(gè)集成三極管放大，從1015腳輸出，還可以在外部設(shè)置VlV6晶體管作功率放大，可得到800mA的觸發(fā)脈沖電流，供觸發(fā)大電流的晶閘管用。KC4lC不僅具有雙窄脈沖形成功能，而且還具有電子開關(guān)控制封鎖功能，當(dāng)7腳接地或處于低電位

15、時(shí)，內(nèi)部集成開關(guān)管截止，各路正常輸出脈沖；當(dāng)7腳接高電位或懸空時(shí)，飽和導(dǎo)通，各路無(wú)脈沖輸出。4、KC4lC與KC04組成的雙窄脈沖觸發(fā)電路 2.2 全控型電力電子器件的門極驅(qū)動(dòng)電路2.2.1 GTO的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路1、對(duì)GTO門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求GTO門極電流電壓控制波形分為開通和關(guān)斷兩局部，推薦波形如以下圖所示。圖中實(shí)線為 波形，虛線為 波形。開通時(shí)，門極電流脈沖前沿陡度大，一般為510A/S，門極正脈沖電流的幅度比規(guī)定的額定直流觸發(fā)電流應(yīng)大310倍，正脈沖寬度一般為1060S，而后沿應(yīng)盡量平緩些。關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷脈沖電流上升率一般為1050A/S。脈沖應(yīng)具有一定的寬度，關(guān)斷脈沖電流的幅度一般

16、為(1/81/3) ，其后沿也應(yīng)盡量平緩些。 1、可關(guān)斷晶閘管的門控電路(1)GTO的門控供電方式b單電源方式 a單電源方式 c雙電源方式 d脈沖變壓器方式(2)GTO的門控驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例2用P-MOSFET關(guān)斷GTO的門控電路以下圖是用P-MOSFET關(guān)斷GTO的門控電路原理圖。2.2.2 GTR的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路1、GTR的驅(qū)動(dòng)信號(hào)GTR理想的基極電流波形如以下圖所示。 2、GTR的驅(qū)動(dòng)電路固定反偏互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路如圖示。當(dāng)ui為高電平時(shí)，晶體管V1及V2導(dǎo)通，正電源+VCC經(jīng)過(guò)電阻R3及V2 向GTR提供正向基極電流，使GTR導(dǎo)通。當(dāng)ui 為低電平時(shí)， V1 及V2 截止而V3導(dǎo)通，負(fù)電源-

17、 VCC 加于GTR的發(fā)射結(jié)上，GTR迅速關(guān)斷。2.2.3 P-MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路1、P-MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求 1觸發(fā)脈沖要有足夠快的上升和下降速度。 2觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)高于開啟電壓，但不超過(guò)最大觸發(fā)額定電壓BUGS。但也不能過(guò)低，否那么會(huì)使通態(tài)電阻增大。 3驅(qū)動(dòng)電路的輸出電阻應(yīng)較低，以提高P-MOSFET的開關(guān)速度。 4由于柵極輸入電容Cin的存在，在開通和關(guān)斷過(guò)程中仍需一定的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)給Cin充放電，且Cin越大，所需的驅(qū)動(dòng)電流越大。 5為防止誤導(dǎo)通，在P-MOSFET截止時(shí)需提供負(fù)的柵源電壓。 6驅(qū)動(dòng)電源須并聯(lián)旁路電容，它不僅能濾除噪聲，也可給負(fù)載提供瞬時(shí)電流，加快M

18、OSFET的開關(guān)速度。2、P-MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路1柵極直接驅(qū)動(dòng)電路柵極直接驅(qū)動(dòng)的電路原理圖a用一個(gè)晶體管直接驅(qū)動(dòng) b用推挽電路驅(qū)動(dòng) (2隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)隔離元件的不同可分為電磁隔離和光電隔離兩種。 電磁隔離光電耦合隔離驅(qū)動(dòng)電路 2.2.4 IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路 1、IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求1充分陡的脈沖上升沿和下降沿：前沿很陡的柵極電壓加到G-E極間，可使IGBT快速開通，減小開通損耗；后沿足夠陡的關(guān)斷電壓，并在G-E極間加一適當(dāng)?shù)姆雌珘?，有助于IGBT快速關(guān)斷，減少關(guān)斷損耗。用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)G極電容充放電，可以保證UGE有足夠陡的前后沿。 2足夠大的驅(qū)動(dòng)功率：IGBT開通

19、后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠的功率及電壓、電流幅值，使IGBT總處于飽和狀態(tài)，不因退出飽和而損壞。 3適宜的正向驅(qū)動(dòng)電壓UGE ：在有短路過(guò)程的設(shè)備中，建議選用UGE =15Vl0%。 4適宜的負(fù)偏壓-UGE：在關(guān)斷過(guò)程中，為盡快抽取PNP管的存儲(chǔ)電荷，縮短關(guān)斷時(shí)間，需施加負(fù)偏壓-UGE ，同時(shí)還可防止關(guān)斷瞬間因du/dt過(guò)高造成誤導(dǎo)通，并提高抗干擾能力。反偏壓 -UGE一般取-2-10V。 5合理的柵極電阻RG：在開關(guān)損耗不太大的情況下，應(yīng)選用較大的RG 。 RG的范圍為1400。 6IGBT多用于高壓場(chǎng)合，故驅(qū)動(dòng)電路與整個(gè)控制電路應(yīng)嚴(yán)格隔離。 7利用門極控制特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT的過(guò)電流、短路

20、、管芯過(guò)熱等保護(hù)。 符合上述要求的IGBT典型驅(qū)動(dòng)電壓波形如以下圖所示。 符合根本要求的IGBT典型驅(qū)動(dòng)電壓波形2、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路1阻尼濾波門極驅(qū)動(dòng)電路阻尼濾波門極驅(qū)動(dòng)電路如以下圖a所示，為消除可能的振蕩，IGBT的柵射極間接上RC網(wǎng)絡(luò)組成的阻尼濾波器，且連線采用雙絞線。 2光耦合器門極驅(qū)動(dòng)電路 如圖b所示，它使信號(hào)電路與門極驅(qū)動(dòng)電路隔離。驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)采用互補(bǔ)電路以降低驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻，同時(shí)加速IGBT的關(guān)斷過(guò)程。 3脈沖變壓器直接驅(qū)動(dòng)IGBT的電路 該電路由控制脈沖形成單元產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)晶體管V進(jìn)行功率放大后，加到脈沖變壓器Tr，并由Tr隔離耦合經(jīng)穩(wěn)壓管VDZ1、VDZ2限幅后驅(qū)動(dòng)IG

21、BT，由于是電磁隔離方式，驅(qū)動(dòng)級(jí)不需要專門直流電源，簡(jiǎn)化了電源結(jié)構(gòu)，且工作頻率較高。(4)定時(shí)器555組成的IGBT驅(qū)動(dòng)電路555外接適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菥湍軜?gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路。在IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中，555的2、6端子接在一起，組成了雙穩(wěn)態(tài)電路結(jié)構(gòu)?？刂泼}沖信號(hào)經(jīng)光耦VL隔離后將信號(hào)經(jīng)由、傳送至555的2、6端。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，2端有效，使555輸出端3為低電平；當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，6端有效，使555輸出端3為高電平。額定輸出電流為200mA。(5)IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊的應(yīng)用大多數(shù)IGBT生產(chǎn)廠都生產(chǎn)與其相配套的混合集成驅(qū)動(dòng)電路，如日本富士的EXB系列、東芝的TK系列

22、、三菱的M579XX系列，美國(guó)摩托羅拉的MPD系列等。東芝的M57962L型IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊是N溝道大功率IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)電路，能驅(qū)動(dòng)600V/400A和l200V/400A的IGBT，其原理方框圖如下左圖，應(yīng)用電路如下右圖。2.3 電力電子器件的保護(hù)2.3.1 GTO的保護(hù)GTO主要應(yīng)用于大容量變流器中，最嚴(yán)重的問(wèn)題是由各種原因造成的短路過(guò)電流現(xiàn)象。一、過(guò)電流產(chǎn)生的原因過(guò)電流包括過(guò)載和短路兩種情況。嚴(yán)重的是短路過(guò)電流，其產(chǎn)生的原因如下：1逆變器的橋臂短路 在GTO組成的逆變器中，假設(shè)同一橋臂上的兩個(gè)GTO同時(shí)導(dǎo)通，那么會(huì)產(chǎn)生橋臂短路現(xiàn)象，亦稱橋臂直通故障。2輸出端的線間短路 假設(shè)輸出端

23、發(fā)生線間短路，那么短路電流流經(jīng)相應(yīng)支路的GTO，其短路電流相當(dāng)大。3輸出端線對(duì)地短路。二、GTO的過(guò)電流保護(hù) 針對(duì)上述過(guò)電流產(chǎn)生的原因，可采取多種措施對(duì)GTO進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。具體保護(hù)方法有以下4種。1熔斷器保護(hù)法2撬杠保護(hù)法3自關(guān)斷保護(hù)法4門極電路的過(guò)流保護(hù)2.3.2 GTR的保護(hù)因GTR存在二次擊穿問(wèn)題，其過(guò)程很快，諸如快熔之類的過(guò)電流保護(hù)對(duì)GTR類器件根本無(wú)用。它依賴于特殊的保護(hù)電路。1、電壓狀態(tài)識(shí)別保護(hù)當(dāng)GTR處于過(guò)載或短路故障狀態(tài)時(shí)，隨著集電極電流的急劇增加，其基射極電壓和集射極電壓均發(fā)生相應(yīng)變化，可利用這一特點(diǎn)對(duì)GTR進(jìn)行過(guò)載和短路保護(hù)。如以下圖所示。2、橋臂互鎖保護(hù)逆變器運(yùn)行時(shí)，可

24、能發(fā)生橋臂短路故障。只有確認(rèn)同一橋臂的一個(gè)GTR關(guān)斷后，另一個(gè)GTR才能導(dǎo)通。3、欠飽和及過(guò)飽和保護(hù)GTR的二次擊穿多由于GTR工作于過(guò)飽和狀態(tài)而引起，而基極驅(qū)動(dòng)引起的過(guò)飽和又使GTR的存儲(chǔ)時(shí)間不必要地加長(zhǎng)，直接影響著GTR的開關(guān)頻率。通常欠飽和保護(hù)可根據(jù)被驅(qū)動(dòng)GTR的基射極電壓降的上下來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)基極驅(qū)動(dòng)電流的大小，構(gòu)成準(zhǔn)飽和基極驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成。2.3.3 P-MOSFET的保護(hù)P-MOSFET的薄弱之處是柵極絕緣層易被擊穿損壞。在使用時(shí)必須注意采取保護(hù)措施。主要有以下保護(hù)方法：1防止靜電擊穿2柵源間的過(guò)電壓保護(hù)3漏源間的過(guò)電壓保護(hù)4短路、過(guò)電流保護(hù)2.3.4 IGBT的保護(hù)IGBT常用的保護(hù)措

25、施有:1通過(guò)檢測(cè)出的過(guò)電流信號(hào)切斷門極控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)；2利用緩沖電路抑制過(guò)電壓并限制；3利用溫度傳感器檢測(cè)IGBT的殼溫，當(dāng)超過(guò)允許溫度時(shí)主電路跳閘，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。1IGBT的過(guò)電流保護(hù)對(duì)IGBT的過(guò)電流保護(hù)可采用漏極電壓識(shí)別的方法。以下圖為過(guò)電流保護(hù)電路。由圖可知，漏極電壓與門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)相“與后輸出過(guò)電流信號(hào)，將此過(guò)電流信號(hào)反響至主控電路切斷門極信號(hào)，以保護(hù)IGBT不受損壞。 IGBT過(guò)流保護(hù)原理與電路2、靜電保護(hù)IGBT的輸入級(jí)為MOSFET，所以IGBT也存在靜電擊穿問(wèn)題，可采用MOSFET的防靜電方法。3、短路保護(hù)在IGBT構(gòu)成的變流器中發(fā)生負(fù)載短路或同一橋臂出現(xiàn)直通現(xiàn)象時(shí)，

26、電源電壓直接加到IGBT的C、E兩極之間，流過(guò)IGBT的集電極電流將會(huì)急劇增加，此時(shí)如不迅速撤除柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就會(huì)燒毀IGBT。IGBT只能承受很短時(shí)間的短路電流，此時(shí)間與IGBT的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)。為了封鎖短路電流，可采用以下方法：1軟關(guān)斷降低柵壓的方法2過(guò)電流降低柵壓的方法以下圖為降低柵壓實(shí)現(xiàn)IGBT短路保護(hù)的功能示意圖 2.4 電力電子器件的緩沖電路2.4.1 緩沖電路的作用與根本類型緩沖電路對(duì)于工作頻率高的自關(guān)斷器件，是通過(guò)限壓、限流、抑制 和 等方法，把開關(guān)損耗從器件內(nèi)部轉(zhuǎn)移到緩沖電路中去，然后再消耗在緩沖電路的電阻上，或者由緩沖電路設(shè)法將其反響到電源中去。此緩沖電路可分為兩大類：前

27、一類是能耗型緩沖電路，后一類是反響型緩沖電路。能耗型緩沖電路簡(jiǎn)單，在電力電子器件的容量不大，工作頻率也不太高的場(chǎng)合下，這種電路應(yīng)用很廣泛。2.4.2 緩沖電路的根本結(jié)構(gòu) 下面幾種緩沖電路是根本RCD緩沖電路的簡(jiǎn)化或演變 aIGBT橋臂 b橋臂模塊公用 c有反響功能 d不對(duì)稱有反響 e形吸收電路模塊的單電容電路 的RCD電路 的RCD電路功能 的RCD電路2.5 電力電子器件的串并聯(lián)應(yīng)用2.5.1 GTO的串并聯(lián)應(yīng)用一、GTO的串聯(lián)使用器件串聯(lián)使用時(shí)主要應(yīng)解決靜、動(dòng)態(tài)過(guò)程中的均壓?jiǎn)栴}。以下圖為GTO串聯(lián)使用的典型電路，圖中電阻為靜態(tài)均壓電阻，電感為動(dòng)態(tài)均壓電感。 二、GTO的并聯(lián)使用GTO的并聯(lián)使用必須解決器件間的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)均流問(wèn)題 1、強(qiáng)迫均流法 GTO強(qiáng)迫均流法的根本電路 2、直接并聯(lián)法以下圖是兩種直接并聯(lián)的根本電路。在圖a中每個(gè)GTO的門極串入一定阻抗后與門極信號(hào)電路相連接，此電路稱作非門極耦合電路。在圖b中先將門極端聯(lián)在一起，然后再接一阻抗，這