【正文】 應(yīng)滿足下列要求：圖124 比較理想的基極驅(qū)動電流波形觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通（結(jié)合擎住電流的概念）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離 (3) 典型全控型器件的驅(qū)動電路a. 電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路GTR開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)關(guān)斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓 GTR的一種驅(qū)動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖125　理想的GTR基極驅(qū)動電流波形二極管VD2和電位補償二極管VD3構(gòu)成貝克箝位電路，也即一種抗飽和電路，負載較輕時，如V5發(fā)射極電流全注入V，會使V過飽和。有了貝克箝位電路，當(dāng)V過飽和使得集電極電位低于基極電位時，VD2會自動導(dǎo)通，使多余的驅(qū)動電流流入集電極，維持Ubc≈0。C2為加速開通過程的電容。開通時，R5被C2短路。可實現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，并增加前沿的陡度，加快開通圖126　GTR的一種驅(qū)動電路驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路：THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BLb. 電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路柵源間、柵射間有數(shù)千皮法的電容，為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15 ~ 20V關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取 5 ~ 15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小電力MOSFET的一種驅(qū)動電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分無輸入信號時高速放大器A輸出負電平，V3導(dǎo)通輸出負驅(qū)動電壓當(dāng)有輸入信號時A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓圖127　電力MOSFET的一種驅(qū)動電路專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和3A，輸出驅(qū)動電壓+15V和10V。IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB8EXB84EXB850和EXB851）內(nèi)部具有退飽和檢測和保護環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號M57962L輸出的正驅(qū)動電壓均為+15V左右，負驅(qū)動電壓為 10V。圖128 M57962L型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖7 電力電子器件器件的保護重點：了解電力電子器件的保護(1) 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因圖129晶閘管變流裝置過電壓保護主要措施及設(shè)置位置A一避雷器；B一接地電容，C一阻容保護；D一整流式阻容保護； E一壓敏電阻保護；F一器件側(cè)阻容保護a. 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起b. 雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程a. 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓b. 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，其功能已屬緩沖電路外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型聯(lián)結(jié)方式見圖130RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)保護電路參數(shù)計算可參考相關(guān)工程手冊其他措施：用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（BOD）等非線性元器件限制或吸收過電壓圖130 過電流保護措施及其配置位置(2) 過電流保護過電流——過載和短路兩種情況快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作快速熔斷器電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施選擇快熔時應(yīng)考慮：a. 電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定b. 電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定c. 快熔的I 2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I 2t值d. 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合短路保護方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件（很難用快熔保護），需采用電子電路進行過電流保護常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快(3) 緩沖電路（Snubber Circuit）圖132 GTR開通時的電流、電壓波形圖131 開通緩沖電路緩沖電路（吸收電路）：抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起——復(fù)合緩沖電路其他分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路緩沖電路作用分析無緩沖電路：V開通時電流迅速上升，di/dt很大關(guān)斷時du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓有緩沖電路V開通時：Cs通過Rs向V放電，使iC先上一個臺階，以后因有Li，iC上升速度減慢 V關(guān)斷時：負載電流通過VDs向Cs分流，減輕了V的負擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓關(guān)斷時的負載曲線無緩沖電路時：uCE迅速升，L感應(yīng)電壓使VD通，負載線從A移到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負載線隨之移到C有緩沖電路時：Cs分流使iC在uCE開始上升時就下降，負載線經(jīng)過D到達C負載線ADC安全，且經(jīng)過的都是小電流或小電壓區(qū)域，關(guān)斷損耗大大降低圖133　關(guān)斷時的負載線緩沖電路中的元件選取及其他注意事項Cs和Rs的取值可實驗確定或參考工程手冊VDs必須選用快恢復(fù)二極管，額定電流不小于主電路器件的1/10盡量減小線路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電容中小容量場合，若線路電感較小，可只在直流側(cè)設(shè)一個du/dt抑制電路對IGBT甚至可以僅并聯(lián)一個吸收電容晶閘管在實用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓，關(guān)斷時也沒有較大的du/dt，一般采用RC吸收電路即可在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負的溫度系數(shù)在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)8 電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用重點：了解電力電子器件的串并聯(lián) 當(dāng)單個器件的電壓或電流定額不能滿足要求時，需將器件串聯(lián)或并聯(lián)或者將裝置串聯(lián)或并聯(lián)(1) 晶閘管的串聯(lián)目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等承受電壓高的器件首先達到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另一個器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿靜態(tài)均壓措施選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多動態(tài)均壓措施動態(tài)不均壓——由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓圖134 晶閘管串聯(lián)運行均壓措施圖135 晶閘管并聯(lián)運行均流措施a) 串電阻均流 b) 串電抗器均流 c) 互感器均流采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異(2) 晶閘管的并聯(lián)目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻均流措施挑選特性參數(shù)盡量一致的器件采用均流電抗器用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流當(dāng)需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。(3) 電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點電力MOSFET并聯(lián)運行的特點Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力，容易并聯(lián)注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)電路走線和布局應(yīng)盡量對稱可在源極電路中串入小電感，起到均流電抗器的作用IGBT并聯(lián)運行的特點在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負的溫度系數(shù)在1/2或1/3額定電流以上的區(qū)段，通態(tài)壓降具有正的溫度系數(shù)因而IGBT在并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力本章小結(jié)全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等集中討論電力電子器件的驅(qū)動、保護和串、并聯(lián)使用電力電子器件類型歸納圖136 各種器件電壓和電流的比較圖137 器件功率損耗與工作頻率的關(guān)系圖138 電力電子器件的種類和發(fā)展歷史圖139各種器件壽命的周期曲線圖140電力電子器件“樹”單極型：電力MOSFET和SIT雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH復(fù)合型：IGBT和MCT電壓驅(qū)動型：單極型器件和復(fù)合型器件，雙極型器件中的SITH特點：輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，工作頻率高電流驅(qū)動型：雙極型器件中除SITH外特點：具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，因而通態(tài)壓降低，導(dǎo)通損耗小，但工作頻率較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路較復(fù)雜當(dāng)前的格局IGBT為主體，第四代產(chǎn)品， / ，兆瓦以下首選。不斷發(fā)展，與IGCT等新器件激烈競爭，試圖在兆瓦以上取代GTOGTO：兆瓦以上首選，制造水平6kV / 6kA光控晶閘管：功率更大場合，8kV / ，裝置最高達300MVA，容量最大電力MOSFET：長足進步，中小功率領(lǐng)域特別是低壓，地位牢固41 /