文档介绍：第9章电力电子器件应用的共性问题
电力电子器件的驱动
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联使用和并联使用
本章小结
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电力电子器件的驱动
电力电子器件驱动电路概述
晶闸管的触发电路
典型全控型器件的驱动电路
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电力电子器件驱动电路概述
■驱动电路
◆是电力电子主电路与控制电路之间的接口。
◆良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗。
◆对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。
◆一些保护措施也往往设在驱动电路中,或通过驱动电路实现。
■驱动电路的基本任务
◆按控制目标的要求给器件施加开通或关断的信号。
◆对半控型器件只需提供开通控制信号;对全控型器件则既要提供开通控制信号,又要提供关断控制信号。
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电力电子器件驱动电路概述
■驱动电路提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节,一般采用光隔离或磁隔离。
◆光隔离一般采用光耦合器
☞光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成,封装在一个外壳内。
☞有普通、高速和高传输比三种类型。
◆磁隔离的元件通常是脉冲变压器
☞当脉冲较宽时,为避免铁心饱和,常采用高频调制和解调的方法。
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图9-1 光耦合器的类型及接法
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
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电力电子器件驱动电路概述
■驱动电路的分类
◆按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质,可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。
◆晶闸管的驱动电路常称为触发电路。
■驱动电路具体形式可为分立元件的,但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。
◆双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。
◆为达到参数最佳配合,首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。
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晶闸管的触发电路
I
I
M
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1
t
2
t
3
t
4
图9-2 理想的晶闸管触发脉冲电流波形
t1~t2脉冲前沿上升时间(<1s)
t1~t3强脉冲宽度
IM强脉冲幅值(3IGT~5IGT)
t1~t4脉冲宽度
I脉冲平顶幅值(~2IGT)
■晶闸管的触发电路
◆作用:产生符合要求的门极触发脉冲,保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
◆晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。
◆触发电路应满足下列要求
☞触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通,比如对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发。
☞触发脉冲应有足够的幅度,对户外寒冷场合,脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍,脉冲前沿的陡度也需增加,一般需达1~2A/s。
☞触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额,且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。
☞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。
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晶闸管的触发电路
图9-3 常见的晶闸管触发电路
■常见的晶闸管触发电路
◆由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。
◆当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的。
◆为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分,还需适当附加其它电路环节。
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典型全控型器件的驱动电路
O
t
t
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G
i
G
图9-4 推荐的GTO门极电压电流波形
■电流驱动型器件的驱动电路
◆GTO和GTR是电流驱动型器件。
◆GTO
☞开通控制与普通晶闸管相似,但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求高,且一般需在整个导通期间施加正门极电流,使GTO关断需施加负门极电流,对其幅值和陡度的要求更高。
☞GTO一般用于大容量电路的场合,其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,可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。
幅值需达阳极电流的1/3左右,陡度需达50A/s,强负脉冲宽度约30s,负脉冲总宽约100s
施加约5V的负偏压,以提高抗干扰能力。
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典型全控型器件的驱动电路
图9-5 典型的直接耦合式GTO驱动电路
☞直接耦合式驱动电路
√可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡,可得