电力电子学电课11应用.ppt

第十一章 电力电子器件的应用基础 本章内容 11.1 晶闸管触发电路 11.2　电力MOSFET和IGBT驱动电路 11.3　电力电子器件的串并联 11.4　器件使用中的保护措施 11.5　电力电子器件的缓冲电路 11 . 1 晶闸管触发电路 一、概述 电力电子装置：主电路、控制电路 主电路：用于电能变换 控制电路：将给定控制信号转换为能满足主电路开关器件要求的开关控制信号，以使主电路实现相应功能 控制电路：开关控制逻辑信号发生电路（通常称为控制电路）、功率放大电路（通常称为驱动电路） 驱动电路的作用 功率放大、整形作用：将来自控制电路的逻辑信号放大、整形为适合驱动电力电子器件的功率信号 隔离作用：提供主电路与控制电路之间的电气隔离环节，如光隔离或磁隔离 光隔离元件一般采用光耦合器 磁隔离元件通常为脉冲变压器 晶闸管控制电路通常称为晶闸管触发电路或晶闸管移相触发电路 二、晶闸管对触发电路的要求 要求触发电路能产生满足以下要求的触发脉冲 1、触发脉冲形式：可以是宽脉冲、窄脉冲、脉冲列 2、触发脉冲应有足够的功率：要求触发电压和触发电流大于额定值，保证可靠触发；但应小于最大允许峰值。一般触发电流取额定值的3~5倍 3、触发脉冲应有足够的宽度：保证在触发脉冲消失前阳极电流已大于擎住电流 4、触发脉冲应有足够的前沿陡度：以提高晶闸管导通速度，从而提高晶闸管承受的di/dt能力。要求触发电压前沿陡度10V/us；触发电流前沿陡度达到1~2A/us 5、触发脉冲应与主电路电源电压同步：使每个周期触发脉冲都能在同一时刻出现，保证输出电压稳定 6、触发脉冲移相范围应满足电力电子装置的要求 三、晶闸管触发电路的基本组成环节 1、同步环节：提供触发脉冲的参考时刻信号，因此所产生的信号必须与主电路的输入电源同频率，且要有固定的相位关系 2、移相环节：产生能反映α角度的移相信号 3、脉冲发生环节：产生具有一定形式的触发脉冲，如宽脉冲（脉冲列）、窄脉冲或双窄脉冲 4、脉冲分配环节：将一定形式的触发脉冲按照主电路所要求的工作逻辑分配给各个晶闸管 （以上环节构成了开关控制逻辑信号发生电路，即控制电路。它可以由分立元件组成，也可以由微机或专用集成电路组成） 5、功率放大环节：用于放大、整形和隔离 四、常见的功放电路 V1、V2构成脉冲放大环节 脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节 ?V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲 VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设 11 . 2 电力MOSFET和IGBT的驱动电路 一、概述 电压型开关器件的输入端口是一个容抗网络端口，需要开通、关断驱动电流，因此也需要驱动电路。驱动电流的大小与柵极输入电容有关 电力MOSFET与IGBT的输入特性基本相同，因此两者的驱动电路也基本相同。所不同的是IGBT的输入电容较电力MOSFET的稍大，要求驱动电路提供的驱动电流也稍大 驱动电路的形式 直接驱动（用于单管） 隔离驱动（变压器隔离、 光耦隔离） （1）直接驱动电路： （2）脉冲变压器隔离的驱动电路 缺点：对脉冲宽度有限制 （3）光耦隔离的驱动电路 光耦隔离：最常用的隔离方式 驱动电路的构成 分立元件驱动电路 专用驱动模块 抗干扰能力强、保护功能完善、性能可靠 集成化程度高、使用方便 应用普遍 （１）富士公司IGBT驱动模块 （２）东芝公司IGBT驱动模块 二、设计驱动电路要考虑的主要因素 柵极驱动电压UGE(UGS) 柵极负偏电压-UGE(-UGS) 柵极驱动电阻RG 隔离用光耦 11 . 3　电力电子器件的串并联 一、概述 1、电力电子器件串并联 的目的 扩大装置容量 2、串并联 的要求 当器件的额定电压小于实际要求时可以用多个同型号器件串联，串联使用时要求各器件承受的电压相等 当器件的额定电流小于实际要求时可以用多个同型号器件并联，并联使用时要求各器件承受的电流相等 3、串并联带来的问题 （1）串联器件的均压问题 串联器件静态特性不一致会造成串联器件静态不均压，阻断电阻大的管子承受较大的电压 串联器件动态特性不一致会造成串联器件动态不均压 （2）并联器件的均流问题 并联器件静态特性不一致会造成并联器件静态不均流，通态压降小的管子承受较的大电流 并联器件动态特性不一致会造成并联器件动态不均流 二、晶闸管的串、并联 1、串联晶闸管的均压措施 尽量选用特性一致的器件 并接均压电阻RP，使其中流过的电流远大于器件漏电流——静态均压； （RP若过大则起不到均压效果，过小则会造成上RP损耗过大） 2、并联晶闸管的均流措施 　晶闸管的