電力電子技術(shù)第四講

第四講主要內(nèi)容電力電子器件的驅(qū)動電力電子器件的保護電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)使用1.6.1電力電子器件驅(qū)動電路概述使電力電子器件任務在較理想的開關形狀，縮短開關時間，減小開關損耗。一些維護措施也往往設在驅(qū)動電路中，或經(jīng)過驅(qū)動電路實現(xiàn)。按控制目的的要求施加開通或關斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件那么既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口驅(qū)動電路的根本義務：普通采用光隔離或磁隔離

光隔離普通采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)按照驅(qū)動信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路詳細方式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用公用集成驅(qū)動電路。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。為到達參數(shù)最正確配合，首選所用器件消費廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的分類1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的驅(qū)動電路常被稱為觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路的作用產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需求的時候由阻斷轉(zhuǎn)為導通留意：廣義上也包括對其觸發(fā)時辰進展控制的相位控制電路，此處專指觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)晶閘管觸發(fā)電路應滿足以下要求：脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通。觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度。不超越門極電壓、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。t圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時間〔<1s〕t1~t3強脈寬度IM強脈沖幅值〔3IGT~5IGT〕t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值〔1.5IGT~2IGT〕V2、V3構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。

V2、V3導通時，經(jīng)過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1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路1.6.3典型全控型器件的驅(qū)動電路(1)GTOGTO的開通控制與普通晶閘管類似。GTO關斷控制需施加負門極電流。圖1-28引薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG一、電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路正的門極電流5V的負偏壓GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關斷驅(qū)動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。直接耦合式驅(qū)動電路可防止電路內(nèi)部的相互關擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前運用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路開通驅(qū)動電流應使GTR處于準飽和導通形狀，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗。關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值〔6V左右〕的負偏壓。tOib圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形(2)GTRGTR驅(qū)動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。圖1-31GTR的一種驅(qū)動電路驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見。電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓普通10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓普通15~20V。關斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓〔普通取-5～-15V〕有利于減小關斷時間和關斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2)電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路(1)電力MOSFET驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動電路專為驅(qū)動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和-10V。高速放大器(2)IGBT的驅(qū)動圖1-33M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列〔如M57962L和M57959L〕和富士公司的EXB系列〔如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851〕。IGBT多采用公用的混合集成驅(qū)動器,如三菱公司的M579系列。1.7電力電子器件器件的維護1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓維護1.7.2過電流維護1.7.3緩沖電路在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合理、驅(qū)動電路設計良好外，采用適宜的過電壓維護、過電流維護、du/dt維護和di/dt維護也是必要的。采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)機二極管(BOD)等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓維護

電力電子安裝能夠的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓過電壓外因過電壓操作過電壓雷擊過電壓內(nèi)因過電壓換相過電壓關斷過電壓RC過電壓抑制電路RC3或RCD緩沖電路過電壓維護措施圖1-34過電壓制制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓制制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓制制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓制制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓制制器RC3閥器件換相過電壓制制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓制制用RCD電路電力電子安裝可視詳細情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。1.7.2過電流維護過電流——過載和短路兩種情況維護措施同時采用幾種過電流維護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一維護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的維護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)維護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流維護措施及配置位置1.7.3緩沖電路關斷緩沖電路〔du/dt抑制電路〕——吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗。開通緩沖電路〔di/dt抑制電路〕——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復合緩沖電路——關斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。通常將緩沖電路專指關斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路：又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。緩沖電路作用分析無緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO圖1-39關斷時的負載線另外兩種常用的緩沖電路其中RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路1.8電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)運用1.8.1晶閘管的串聯(lián)1.8.2晶閘管的并聯(lián)1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運轉(zhuǎn)的特點1.8.1晶閘管的串聯(lián)問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差別，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流一樣，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等。動態(tài)不均壓：由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差別呵斥的不均壓。目的：當晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓Rp。圖1-41晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差別b)串聯(lián)均壓措施動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間的差別。靜態(tài)均壓動態(tài)均壓1.8.2晶閘管的并聯(lián)問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差別而電流分配不均勻。

均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。目的：多個器件并聯(lián)來承當較大的電流當需求同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運轉(zhuǎn)的特點Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動平衡的才干，容易并聯(lián)。留意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)。電路走線和規(guī)劃應盡量對稱?？稍谠礃O電路中串入小電感,起到均流電抗器的作用。在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段那么具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)運用時也具有電流的自動平衡才干，易于并聯(lián)。電力MOSFET并聯(lián)運轉(zhuǎn)的特點IGBT并聯(lián)運轉(zhuǎn)的特點圖1-42電力電子器件分類“樹〞本章小結(jié)〔1〕主要內(nèi)容全面引見各種主要電力電子器件的根本構(gòu)造、任務原理、根本特性和主要參數(shù)等。留意幾個概念：額定電壓、額定電流、平均值、有效值、波形系數(shù)。集中討論電力電子器件的驅(qū)動、維護和串、并聯(lián)運用。電力電子器件類型歸納單極型：電力MOSFET和SIT雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH復合型：IGBT和MCT本章小結(jié)〔2〕特點：輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，任務頻率高。電流驅(qū)動型：雙極型器件中除SITH外特點：具有電導調(diào)制效應，因此通態(tài)壓降低，導通損耗小，但任務頻率較低，所需驅(qū)動功率大,驅(qū)動電路較復雜。電壓驅(qū)動型：單極型器件和復合型器件，雙極型器件中的SITH.