电力电子技术第1章 电力电子器件(定稿).ppt

2）GTR的驱动电路 图1-39给出了一种GTR的驱动电路。它包括电气隔离和晶体管放大两个部分。 图1-39 1.8.3 电压型全控电力电子器件的门极驱动 P-MOSFET和IGBT都是电压驱动型器件。 1、P-MOSFET的栅极驱动 （1）P-MOSFET的栅极驱动信号：对驱动信号的要求有： 1）触发脉冲有足够快的上升和下降速度，即脉冲沿要陡。 2）为使P-MOSFET可靠触发导通，触发电压应高于开启电压，但不得超过最大触发额定电压。触发电压也不能过低，否则会使通态电阻增大，降低抗干扰能力。 3）驱动电路的输出电阻应低，开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路，以提高P-MOSFET的开关速度。 4）为防止误导通，在P-MOSFET截止时应提供负的栅源电压。 2、P-MOSFET的驱动电路 （1）栅极直接驱动电路 图1-40 (2）隔离式栅极驱动电路 图1-41 2、IGBT的栅极驱动 （1）IGBT的栅极驱动信号 IGBT具有与P-MOSFET相似的输入特性和高输入阻抗，驱动电路相对比较简单，驱动功率也比较小。 IGBT对驱动信号及电路有以下基本要求： 1）驱动脉冲的上升和下降沿要陡：开通电压前沿陡可使IGBT快速开通，减小开通损耗；关断电压后沿足够陡，并在G-E极间加适当的反偏压，有助于IGBT快速关断。用内阻小的驱动源对G极电容充放电，可保证有足够陡的前、后沿。 2）驱动功率足够大：IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率及电压、电流幅值，使IGBT总处于饱和状态，不因退出饱和而损坏。 3）合适的正向驱动电压。 4）合适的负偏压：为缩短关断时间，需施加负偏压，并提高抗干扰能力。反偏压一般取-2～-10V。 5）合理的栅极电阻：在开关损耗不太大的情况下，应选用较大的栅极电阻。电阻范围为1～400Ω。 6）IGBT多用于高压场合，故驱动电路与控制电路应严格隔离。 符合上述要求的IGBT典型驱动电压波形如下图所示。 图1-42 （2）IGBT的驱动电路 1）脉冲变压器直接驱动IGBT的驱动电路 图1-43 2）IGBT专用驱动模块 图1-45 1.9 电力电子器件的保护 1、GTO的保护 GTO主要用于大容量变流器中，最严重的问题是短路过电流故障。 （1）过电流的原因 过电流包括过载和短路两种情况，严重的是短路过电流情况。短路过电流的原因大致有下述3种： 1）逆变器的桥臂短路：在GTO组成的逆变器中，若同一桥臂上的两个GTO同时导通，则会产生桥臂短路情况，亦称桥臂直通故障。 2）输出端的线间短路 若输出端发生线间短路，则短路电流流经相应支路的GTO，其短路电流相当大。 3）输出端线对地短路。 （2）GTO的过电流保护 针对上述过电流情况，可采取多种措施对GTO进行过电流保护。其保护方法有以下3种： 1）快速熔断器保护法； 2）撬杠保护法； 3）自关断保护法。 2、GTR的保护 因GTR存在二次击穿问题，其过程很快，诸如快熔之类的过电流保护对GTR类器件基本无用。它依赖于特殊的保护电路。 主要采用的方法有： 1、电压状态识别保护 2、桥臂互锁保护 3、欠饱和及过饱和保护 3、P-MOSFET的保护 P-MOSFET的薄弱之处是栅极绝缘层易被击穿损坏。在使用时必须注意采取保护措施。主要有下列保护方法： （1）防止静电击穿保护 （2）栅源间的过电压保护 （3）漏源间的过电压保护 （4）短路、过电流保护 4、IGBT的保护 IGBT常用的保护措施有: 1）通过检测出的过电流信号切断栅极控制信号，实现过流保护； 2）利用缓冲电路抑制过电压并限制 ； 3）利用温度传感器检测IGBT的壳温，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热保护； 4）静电保护：IGBT的输入级为MOSFET，所以IGBT也存在静电击穿问题，可采用MOSFET的防静电方法； 5）短路保护。 1.10、电力电子器件的缓冲电路 1、缓冲电路的作用与基本类型 缓冲电路对于工作频率高的自关断器件，是通过限压、限流、抑制 和 等方法，把开关损耗从器件内部转移到缓冲电路中去，然后再消耗在缓冲电路的电阻上，或者由缓冲电路设法将其反馈到电源中去。此缓冲电路可分为两大类：前一类是能耗型缓冲电路，后一类是反馈型缓冲电路。能耗型缓冲电路简单，在电力电子器件的容量不大，工作频率也不太高的场合下，这种电路应用很广泛。 2、缓冲电路的基本结构 图1-46 * 包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸