【正文】 圖 貝克鉗位電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 2． GTR基極驅(qū)動電路 簡單的雙電源驅(qū)動電路如圖 ，驅(qū)動電路與 GTR(VT6)直接耦合，控制電路用光耦合實(shí)現(xiàn)電隔離，正、負(fù)電源 (+UC2和 UC3)供電。簡單的雙電源驅(qū)動電路如圖 。 圖 雙電源驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 3. 集成基極驅(qū)動電路 UAA4002可對被驅(qū)動的 GTR實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)、退飽和保護(hù)、最小導(dǎo)通的時間限制 (ton(min)=1～ 12μs)、最大導(dǎo)通的時間限制、正反向驅(qū)動電源電壓監(jiān)控以及自身過熱保護(hù)，其原理框圖如圖 。 圖 UAA4002模塊的原理框圖 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 UAA4002具有豐富的保護(hù)功能，其中有集電極電流限制、防止退飽和、導(dǎo)通時間間隔控制、電源電壓監(jiān)測、時延、熱保護(hù)等。圖 UAA 4002模塊構(gòu)成的 8A、 400V開關(guān)電路，此電路采用電平控制方式。 圖 由 UAA4002模塊組成的開關(guān)電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 IGBT驅(qū)動電路 IGBT具有 PMOSFET的高速開關(guān)和電壓驅(qū)動特性及雙極型晶體管的低飽和電壓特性的電力半導(dǎo)體器件。由于 IGBT具有與 PMOSFET相似的輸入特性，輸入阻抗高，因此驅(qū)動電路相對比較簡單，驅(qū)動功率也比較小。 對 IGBT柵極驅(qū)動電路有以下基本要求。 (1)因 IGBT 的柵 射極之間有數(shù)千皮法左右的極間電容，為加快建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有較小的內(nèi)阻。 (2) 柵極驅(qū)動電源的功率要足夠大，這樣可以保證在 IGBT導(dǎo)通后，其功率輸出級總是處于飽和狀態(tài)。 (3) 要提供大小合適的正向驅(qū)動電壓。 (4)要提供大小合適的反向驅(qū)動電壓。 (5)要提供合適的開關(guān)時間。 (6) 要有較強(qiáng)的抗干擾能力及對 IGBT的保護(hù)功能。 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 采用脈沖變壓器組成的柵極驅(qū)動電路如圖 。圖 光電耦合器進(jìn)行隔離的柵極驅(qū)動電路。 ui為高電平時，光耦器件副方三極管導(dǎo)通， MOS管 VT1截止，則 VT2導(dǎo)通， VT3截止，＋ UCC經(jīng) VT2向 IGBT柵極提供驅(qū)動電流；當(dāng) ui為低電平時，光耦器件副方三極管不通， VT1導(dǎo)通，則 VT2截止， VT3導(dǎo)通， UCC經(jīng) VT3向 IGBT柵極提供反向電流，使 IGBT關(guān)斷。 圖 采用脈沖變壓器組成的柵極驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 圖 采用光電耦合器進(jìn)行隔離的柵極驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 目前，國外許多生產(chǎn) IGBT器件的廠家專門研制生產(chǎn)了與 IGBT配套的集成柵極驅(qū)動電路，比較典型的有日本富士公司的 EXB系列。 EXB系列芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 EXB系列芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 EXB系列芯片具有以下功能。 (1)內(nèi)部集成有可隔離 2500V交流電壓的光電耦合器，故可用于以 IGBT為主開關(guān)器件的、進(jìn)線電壓為 380V的動力設(shè)備上。 (2) 芯片內(nèi)部有過流檢測電路和低速過流切斷電路，其過流檢測電路按驅(qū)動信號與集電極電壓之間的關(guān)系檢測過流。 (3) 芯片內(nèi)部還有檢測 IGBT集電極發(fā)射極間電壓降，從而實(shí)現(xiàn)被驅(qū)動IGBT欠飽和保護(hù)的電路。 (4) 當(dāng)外部提供 20V直流電壓時，電路內(nèi)部可使 20V電壓變?yōu)?+15V開柵電壓和 5V關(guān)柵電壓。 EXB系列芯片具有以下特點(diǎn)：電路集成化程度高，抗干擾能力強(qiáng)，速度較快，保護(hù)功能完善，可實(shí)現(xiàn) IGBT最優(yōu)驅(qū)動等；但電路價格較高，每個 IGBT都需配一片集成驅(qū)動電路及一個專用驅(qū)動電源，使控制電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 圖 EXB850模塊構(gòu)成的柵極驅(qū)動電路，電路中 C C2的電容值為 33μF，主要用來吸收因電源接線阻抗引起的供電電壓變化。 圖 EXB850模塊構(gòu)成的柵極驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護(hù)電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 電力電子器件的串聯(lián)運(yùn)行 在高電壓應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)單只電力電子器件的耐壓值不能滿足要求時，可以用多只同型號器件相串聯(lián)運(yùn)行。但必須采用均壓措施。圖 例。圖中 RP為靜態(tài)均壓電阻， RC為動態(tài)均壓阻容電路。 圖 晶閘管串聯(lián)運(yùn)行均壓措施 電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)運(yùn)行 電力電子技術(shù) 共享資源課 電力電子器件的并聯(lián)運(yùn)行 圖 (a)為晶閘管串聯(lián)電阻的靜態(tài)均流電路；圖 (b)為晶閘管串聯(lián)電抗器的動態(tài)均流電路；圖 (c)為晶閘管并聯(lián)支路間采用相互耦合的均流互感器的動態(tài)均流電路。 (a) 串電阻均流 (b) 串電抗器均流 (c) 互感器均流 圖 晶閘管并聯(lián)運(yùn)行時的均流措施 電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)運(yùn)行 電力電子技術(shù) 共享資源課 電力 MOSFET和 IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn) 電力 MOSFET的通態(tài)電阻 Ron具有正的溫度系數(shù)，并聯(lián)使用時具有電流自動均衡的能力，因而并聯(lián)使用比較容易。 IGBT的通態(tài)壓降在 1/2或 1/3額定電流以下的區(qū)段具有負(fù)的溫度系數(shù)，在1/2或 1/3額定電流以上的區(qū)段則具有正的溫度系數(shù)，因而 IGBT在并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，與電力 MOSFET類似，易于并聯(lián)使用。 電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)運(yùn)行 電力電子技術(shù) 共享資源課 電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 電流控制型器件的共同特點(diǎn)是：電流控制型器件比電壓控制型器件的工作頻率要低； 電流控制型器件具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使其導(dǎo)通壓降很低，導(dǎo)通損耗較小；電流控制型器件的控制極輸入阻抗低，控制電流和控制功率較大，電路也比較復(fù)雜。 電壓控制型器件的共同特點(diǎn)是：輸入阻抗很高，控制功率小，控制電路比較簡單、便于集成；工作頻率高；工作溫度高，抗輻射能力也強(qiáng)。 本章小結(jié) 電力電子技術(shù) 共享資源課 從使用角度出發(fā)，主要可從以下五個方面考察電力電子器件的性能特點(diǎn)：導(dǎo)通壓降、運(yùn)行頻率、器件容量、耐沖擊能力以及可靠性。 晶閘管屬于四層三端單向?qū)щ姲肟匦推骷?。其?dǎo)通的條件是：正向陽極電壓和正向門極電壓兩者同時具備，且要保證陽極電流大于擎住電流。其關(guān)斷的條件是：使其陽極電流小于維持電流。其關(guān)斷的方法有：去掉陽極電壓；給陽極加反壓；降低正向陽極電壓，或增大陽極回路阻抗，使流過晶閘管陽極的電流小于維持電流。 本章小結(jié) 電力電子技術(shù) 共享資源課 晶閘管除了在門極觸發(fā)下可能導(dǎo)通之外，在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽極電壓上升率du/dt過高；結(jié)溫較高；光觸發(fā)。在這些情況下，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通。 晶閘管、電力二極管、電力 MOSFET和 IGBT是目前電力電子變換中應(yīng)用最多的器件，必須牢牢掌握這些器件的工作原理、外特性、主要參數(shù)和使用注意事項(xiàng)。在高壓、大容量的變換裝置中， GTO占有重要的地位，但也要注意 IGCT、 SITH等新型器件的發(fā)展。 本章小結(jié) 電力電子技術(shù) 共享資源課 在電力電子器件串聯(lián)應(yīng)用中，要采取措施解決器件的均壓問題，包括靜態(tài)均壓和動態(tài)均壓。解決的方法是：篩選器件，挑選特性和參數(shù)盡量一致的器件串聯(lián)；采用電阻均壓；用 RC并聯(lián)電路均壓；采用強(qiáng)脈沖減小器件開通時間上的差異也有利于均壓。 在電力電子器件并聯(lián)應(yīng)用中，要采取措施解決器件的均流問題，包括靜態(tài)均流和動態(tài)均流。解決的方法是：篩選器件，挑選特性和參數(shù)盡量一致的器件并聯(lián)；串入電阻器或快速熔斷器 (代替電阻 )均流；串入電抗器均流；采用并聯(lián)支路間相互耦合的互感器均流；在器件的控制電路上采取措施，使器件的開通時間和關(guān)斷時間盡量接近一致。 本章小結(jié)