第9章电力电子器件应用的共性问题

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1、Wuhan University of Technology第第9 9章章 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题 9.1 9.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 9.2 9.2 电力电子器件的保护电力电子器件的保护 9.3 9.3 电力电子器件的串联使用和并联使用电力电子器件的串联使用和并联使用 本章小结本章小结Wuhan University of Technology2/269.1 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动 9.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述 9.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全

2、控型器件的驱动电路 Wuhan University of Technology3/269.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路驱动电路 是电力电子主电路与控制电路之间的是电力电子主电路与控制电路之间的接口接口。 良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关开关状态状态，缩短开关时间，减小开关损耗。，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。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

3、。路实现。驱动电路的基本任务驱动电路的基本任务 按控制目标的要求给器件施加按控制目标的要求给器件施加开通开通或或关断关断的信号。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。则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。Wuhan University of Technology4/269.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔光隔离离或或磁隔离磁隔离。

4、 光隔离一般采用光耦合器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。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。 有有普通普通、高速高速和和高传输比高传输比三种类型。三种类型。 磁隔离的元件通常是脉冲变压器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，常采用当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调高频调制和解调的方法。的方法。 ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1图图9-1 光耦合器的类型及接法光耦合器的类型及接法a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高传输比型高传输比型 Wuhan Univ

5、ersity of Technology5/269.1.1 电力电子器件驱动电路概述电力电子器件驱动电路概述驱动电路的分类驱动电路的分类 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信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型电流驱动型和和电电压驱动型压驱动型两类。两类。 晶闸管的驱动电路常称为触发电路。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驱动电路具体形式可为分立元件分立元件的，但目前的趋势是采的，但目前的趋势是采用专用用专用集成驱动电路集成驱动电路。 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在

6、内的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。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。发的集成驱动电路。Wuhan University of Technology6/269.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路IIMt1t2t3t4图图9-2理想的晶闸管触发脉冲电流波形理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前沿上升时间（脉冲前沿上升时间（1 s）t1t3强脉冲宽度强脉冲宽度IM强脉冲幅值（强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度脉冲宽度I脉冲平顶幅值（脉冲平顶幅值（1.5IGT

7、2IGT） 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 作用：产生符合要求的作用：产生符合要求的门极触发脉冲门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。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晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的刻进行控制的相位控制电路相位控制电路。 触发电路应满足下列要求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。应采用宽脉冲或脉冲列触发。 触发脉冲应有触发脉冲应有足够的幅度足够的幅度，对户外寒

8、，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的大触发电流的35倍，脉冲前沿的陡度也倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达需增加，一般需达12A/ s。 触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、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电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。靠触发区域之内。 应有良好的抗干扰性能、温度稳定性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。及与主电路的电气隔离。 Wuhan University of Technology7/269.1.2 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路图图9

9、-3 常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路常见的晶闸管触发电路 由由V1、V2构成的构成的脉冲放大环脉冲放大环节节和脉冲变压器和脉冲变压器TM和附属电路构和附属电路构成的成的脉冲输出环节脉冲输出环节两部分组成。两部分组成。 当当V1、V2导通时，通过脉冲导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲。间输出触发脉冲。 VD1和和R3是为了是为了V1、V2由导由导通变为截止时脉冲变压器通变为截止时脉冲变压器TM释放释放其储存的能量而设的。其储存的能量而设的。 为了获得触发脉冲波形中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

10、它强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。电路环节。 Wuhan University of Technology8/269.1.3 典型全控型器件的驱动电路典型全控型器件的驱动电路OttOuGiG图图9-4 推荐的推荐的GTO门极电压电流波形门极电压电流波形电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路 GTO和和GTR是电流驱动型器是电流驱动型器件。件。 GTO 开通控制与普通晶闸管相开通控制与普通晶闸管相似，但对触发脉冲前沿的幅值和似，但对触发脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流，使通期间施加正门极电流，使GTO关断需施加负门极电流

11、，对其幅关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高。值和陡度的要求更高。 GTO一般用于大容量电路一般用于大容量电路的场合，其驱动电路通常包括的场合，其驱动电路通常包括开开通驱动电路通驱动电路、关断驱动电路关断驱动电路和和门门极反偏电路极反偏电路三部分，可分为三部分，可分为脉冲脉冲变压器耦合式变压器耦合式和和直接耦合式直接耦合式两种两种类型。类型。 幅值需达阳极电流幅值需达阳极电流的的1/3左右，陡度需左右，陡度需达达50A/ s，强负脉，强负脉冲宽度约冲宽度约30 s，负，负脉冲总宽约脉冲总宽约100 s 施加约施加约5V的负偏的负偏压，以提高抗干压，以提高抗干扰能力。扰能力。Wuhan