第四章 驱动与保护.ppt

第4章 电力电子器件的驱动与保护 4.1 电力电子器件的驱动 4.2 电力电子器件的保护 4.1 电力电子器件的驱动 4.1.1 晶闸管触发电路 4.1.2 GTO驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 4.1.4 IGBT驱动电路 4.1.1 晶闸管触发电路 1. 晶闸管对触发电路的要求 1) 触发信号应有足够大的功率； 2) 触发脉冲应能够实现移相且保证同步； 3) 触发脉冲信号应有足够的宽度，且前沿要陡； 4) 为使并联晶闸管元件能同时导通，触发电路应能产生强 触发脉冲； 5) 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气 隔离。 2. 同步信号为锯齿波的触发电路 3. 集成化晶闸管移相触发电路 4.1.1 晶闸管触发电路 4. 数字触发电路 在各种数字触发电路中，目前使用较多的是以微机为控制核心的数字触发器。这种触发电路的特点是结构简单，控制灵活，准确可靠。 该触发器由脉冲同步、脉冲移相、脉冲形成与输出等几个部分构成。 4.1.2 GTO驱动电路 1. GTO对门极驱动电路的基本要求 GTO的门极驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，其结构示意图及其理想的门极驱动电流波形如图4.10所示。 4.1.2 GTO驱动电路 2. 门极驱动电路实例 1) 小容量GTO门极驱动电路 图4.11是一种小容量的GTO门极驱动电路。 4.1.2 GTO驱动电路 2) 双电源光电耦合GTO门极驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 1. 对基极驱动电路的基本要求 ① 控制开通GTR时，驱动电流前沿要陡(小于1 )，并有一定的过冲电流，以缩短开通时间，减小开通损耗。 ② GTR导通后，应相应减小驱动电流，使GTR处于准饱和导通状态，且使之不进入放大区和深饱和区，以降低驱动功率，缩短储存时间。 ③ GTR关断时，应迅速加上足够大的反向基极电流，迅速抽取基区的剩余载流子，确保GTR快速关断，并减小关断损耗。 ④ GTR的驱动电路要具有自动保护功能，以便在故障状态下能快速自动切除基极驱动信号，避免GTR遭至损坏。 4.1.3 GTR驱动电路 2. 贝克钳位电路 为了提高GTR的工作速度，都以抗饱和的贝克钳位电路作为基本电路。它使GTR工作在准饱和状态，提高了器件开关过程的快速性能，因此成为一种被广泛采用的基本电路。电路的具体形式如图4.14所示。 4.1.3 GTR驱动电路 3. 基极驱动电路实例 1) 由分立元件组成的驱动电路 4.1.3 GTR驱动电路 2) 集成化基极驱动电路 由分立元件组成的基极驱动电路都存在着电路组件多、电路复杂、稳定性差和使用不便等缺点。大规模集成化基极驱动电路的出现不但解决了这些问题，同时还增加了电路保护功能。 4.1.4 IGBT驱动电路 1. 对栅极驱动电路的基本要求 ① 要求驱动电路具有较小的内阻。 ② 栅极驱动电源的功率要足够大。 ③ 要提供大小合适的正向驱动电压 ④ 要提供大小合适的反向驱动电压。 ⑤ 要提供合适的开关时间。 ⑥ 要有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。 4.1.4 IGBT驱动电路 2. 驱动电路实例 1) 分立元件组成的驱动电路 ① 实例1 4.1.4 IGBT驱动电路 ② 实例2 4.1.4 IGBT驱动电路 2) 集成驱动电路 同其他的电力电子器件一样，由分立元件组成的IGBT驱动电路也存在着可靠性问题。为此，目前已经研制出多种专用的IGBT集成驱动电路。这些集成化驱动模块抗干扰能力强、速度快、保护功能完善，可实现IGBT的最优驱动。 4.2 电力电子器件的保护 4.2.1 电力电子器件的散热技术 4.2.2 电力电子器件的保护 4.2.3 缓冲电路 4.2 电力电子器件的保护 电力电子器件在实际应用时，由于各种原因，总可能会发生过电压、过电流甚至短路等现象，若无必要的保护措施，势必会损坏电力电子器件，或者损坏电路。 同时，电力电子元器件在工作过程中，要消耗大量的功率，这部分耗散功率转变成热量会使元器件本身的温度升高，若温度过高且不及时处理，同样会造成元器件的损坏。 因此，在电力电子电路中，为了避免器件及线路出现损坏，除了电力电子元件参数要选择合适、驱动电路设计良好外，还需要进行必要的散热、设置必要的保护环节和缓冲处理。 4.2.1 电力电子器件的散热技术 1. 结温与器件特性的关系 1) 结温与GTO特性的关系 GTO与普通晶闸管相似，结温会影响正向耐压、反向漏电流、可关断阳极电流，以及关断时间等特性参数。当结温过高时，会使GTO的PN结产生热击穿效应，从而造成耐压急剧下降，如图