电力电子技术基础 教学课件 作者邢岩 第5章 开关管的驱动缓冲和保护电路.ppt

本章小结 双极性开关器件要求驱动电流上升沿陡峭、并且有一定的过冲，GTR还要求导通器件期间、特别是关断前不要饱和太深，关断瞬间驱动电路应提供足够的反向基极驱动，推挽电路、加速电容和抗饱和电路等有助于实现上述要求；MOSFET和IGBT等场控器件，其输入端等效电路为电容，需要足够陡峭和峰值的充放电电流驱动其开通和关断，而在导通期间其消耗的驱动电流很小；可以采用光耦和驱动变压器实现隔离驱动。 本章小结 缓冲电路可以降低开关管开关过程电压、电流和功率应力，保证其可靠工作、降低EMI水平。缓冲网络都是将开关管分别与缓冲电容和电感等效地并联和串联，利用电容电压和电感电流不能突变来限制开关管的电压电流上升率。RCD关断缓冲网络和RLD开通缓冲网络是最基本的有损缓冲网络，是把开关管的损耗转移到电阻上消耗掉。无损缓冲网络是利用LC谐振将缓冲能量与源或负载交换、而不消耗在电路中。 本章小结 发生过流、过压或过热时都应及时关断开关管，电路中还应选用适当的熔断器实现过流保护。可以用电阻、热敏电阻、互感器和霍尔等作检测元件。 图5-14 开关管Q关断过程(RCD关断缓冲) (a) C1较大时的时域波形 (b)C1较小时的时域波形 (c) Q的关断负载线 （3）RCD缓冲电路的参数设计 C1越大，Q关断过程端电压上升越慢、关断损耗越小，但Q导通期间C1的放电时间也越长、Q开通损耗增加； Q开通时C1放电最大附加电流等于Ui/R1，所以R1不能太小 C1上的电压在Q导通期间必须放电到零，才能在下次关断过程起到缓冲作用，所以R1也不能太大， R1C1≤Tonmin/4， 式中Tonmin为最小导通时间。 电容C1的能量C1Ui2/2消耗在R1上，因此一个开关周期R1平均功耗 PR1= C1Ui2f/2，f为开关频率，据此确定R1的功率定额。 Q的关断损耗转移到R1上，整个变换器的效率不一定提高，但Q在关断过程所承受的应力降低、可靠性得以改善。 图5-11 b) Buck变换器等效电路原理图 5.3.2 RLD开通缓冲电路 仍以Buck变换器为例，参考图5-11，假设电路已经进入稳态 （1）开通过程分析 1) t＝0时刻，开关管Q处于关断状态，iQ＝0，uds＝Ui 2) t＝t1时，令Q的驱动电压为高电平 ，经过延迟时间td后（t2=t1+td），iQ开始上升。由图5-11b节点A电流方程，有 iD=IL-iQ 续流管VD电流iD随之开始下降，但仍保持导通，故仍有uds＝Ui 3) t=t3时，iQ上升到IL、iD下降到0，A点电位开始迅速上升，电感电流完全换流到开关管Q 4) t=t4时，A点电位上升到Ui，uds＝0，Q开通过程结束。 图5-15 开关管开通过程（无缓冲） a) 时域波形 0 t1 t2 t3 t4 t uds iD iQ pQ=uds·iQ t t 图5-15 b) 开通负载线 1）t1~t2期间，Q工作在C点（关断状态） C点：iQ=0，uds=Ui 2）t2~t3期间，Q由C点运动到B点，B点：iQ≈IL，uds=Ui 3）t3~t4期间，Q由B点迅速运动到A点 A点：iQ=IL，uds=0 A点对应Q导通期间的状态 画出开通过程Q的动态负载线： Q导通过程动态负载线掠过高损耗区，不安全 （2） RLD导通缓冲原理 图5-16 带RLD关断缓冲网络的Buck变换器 R1 t＝0时刻，开关管Q处于关断状态，iQ＝0，uds＝Ui t＝t1时，令Q导通，经过延迟时间td后（t2=t1+td），iQ（= iL1）开始上升，上升率 Q刚开始导通时uds≈Ui，所以iQ从零开始上升、而且上升率接近于零；随着uds下降，iQ上升变快。如果L1较大，则uds下降到零时iQ还没有上升到IL，在此期间，续流管VD仍然导通。 缓冲原理： 3) t=t3时，uds下降到0，之后iQ以最大上升率Ui/L1上升 4) t=t4时，iQ上升到IL，VD关断、电流完全换流到Q Q导通期间，iQ仍然流过L1；Q再次关断时，VD1和R1为L1提供电流通路，当然，L1两端的感应电势将造成Q的附加电压应力；Q关断期间，L1的储能要完全消耗在R1上、其电流下降到零，为下一次开通缓冲做好准备。 图5-17 开关管开通过程(RLD关断缓冲) a) 时域波形 b) 关断负载线 （3） RLD缓冲电路的参数设计 L1越大，Q开通过程电流上升越慢、开通损耗越小；但Q关断期间时L1的初始储能L1IL2/2越大，需要在Q关断期间完全消耗在