【正文】 ? 功率模塊和功率集成電路 是現(xiàn)在電力電子發(fā)展的一個共同趨勢。 ，裝置最高達 300MVA， 容量最大。? 光控晶閘管 ：功率更大場合， 8kV/仍在不斷發(fā)展，與 IGCT等新器件激烈競爭，試圖在兆瓦以上取代 GTO。/本章小結? 特點 ：具有電導調制效應，因而通態(tài)壓降低，導通損耗小，但工作頻率較低，所需驅動功率大 ,驅動電路較復雜。 電流驅動型 ：雙極型器件中除 SITH外特點 ：輸入阻抗高，所需驅動功率小，驅動電路簡單，工作頻率高。本章小結復合型 ： IGBT和 MCT分類： DATASHEET118v 集中討論電力電子器件的驅動、保護和串、并聯(lián)使用。本章小結216。電力 MOSFET并聯(lián)運行的特點117圖 142　電力電子器件分類 “樹 ”? 在以上的區(qū)段則具有 正 溫度系數(shù)。216。? 電路走線和布局應盡量對稱。目的 ：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電流116 MOSFET和 IGBT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)。v 用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。均流措施 ：v 挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。216。晶閘管的并聯(lián)216。115用 RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。v 采用電阻 均壓， Rp的阻值應比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。晶閘管的串聯(lián)216。114v 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 。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。電路其中 RC緩沖電路主要用于小容量器件，而放電阻止型 RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖 138　 di/dt抑制電路和充放電型 RCD緩沖電路及波形a)緩沖電路216。圖 139　關斷時的負載線111緩沖電路216。110b)tuCEiCOdidt抑制電路無 時didt抑制電路有 時有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC： 緩沖電路 (Snubberv 按能量的去向分類法： 耗能式緩沖電路 和 饋能式緩沖電路 （無損吸收電路）。v 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。常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快 對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件，需采用電子電路進行過電流保護。v 短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。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。保護措施負載觸發(fā)電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器 變流器 直流快速斷路器電流互感器變壓器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。過電流保護216。107過電壓保護措施圖 134　過電壓抑制措施及配置位置F? 避雷器　 D? 變壓器靜電屏蔽層　 C? 靜電感應過電壓抑制電容RC1? 閥側浪涌過電壓抑制用 RC電路　 RC2? 閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式 RC電路RV? 壓敏電阻過電壓抑制器　 RC3? 閥器件換相過電壓抑制用 RC電路RC4? 直流側 RC抑制電路　 RCD? 閥器件關斷過電壓抑制用 RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。? 關斷過電壓 ：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓 。過電流保護過電流保護電力電子器件器件的保護多采用專用的混合集成驅動器。M57959L） 和富士公司的 EXB系列（如 EXB8 EXB84 EXB850和 EXB851）。IGBT的驅動圖 133　 M57962L型 IGBT驅動器的原理和接線圖常用的有三菱公司的 M579系列（如 M57962L和 典型全控型器件的驅動電路(2) 電力 MOSFET的一種驅動電路：216。典型全控型器件的驅動電路(1)2)216。 ~216。~216。216。典型全控型器件的驅動電路216。UAA4002和三菱公司的 M57215BL較為常見。 GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。GTR100理想的 GTR基極驅動電流波形(2)圖 130? 關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值 （ 6V左右）的負偏壓 。典型全控型器件的驅動電路? 開通驅動電流應 使 GTR處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 目前應用較廣，但其功耗大，效率較低。 直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。98圖 128　推薦的 GTO門極電壓電流波形O ttOuGiG1)GTO? GTO的 開通控制與普通晶閘管相似。常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路97圖 127v 晶閘管的觸發(fā)電路v V V2構成 脈沖放大環(huán)節(jié) 。tIIMt1t2 t3 t4圖 126　理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2? 脈沖前沿上升時間（ 1?s）　 t1~t3? 強脈寬度IM? 強脈沖幅值（ 3IGT~5IGT）t1~t4? 脈沖寬度　　 I? 脈沖平頂幅值（ ~2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路96216。216。216。v 晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求 ：216。? 為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產廠家專門開發(fā)的集成驅動電路 。v 驅動電路具體形式可為 分立元件 的，但目前的趨勢是采用 專用集成驅動電路 。c)高速型 光耦合器的類型及接法a)磁隔離的元件通常是 脈沖變壓器圖 125? ? 對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號 。驅動電路的基本任務 ：? 按控制目標的要求施加開通或關斷的信號。? 一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現(xiàn)。電力電子器件驅動電路概述? 使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗。典型全控型器件的驅動電路典型全控型器件的驅動電路92電力電子器件驅動電路概述電力電子器件驅動電路概述? 功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機電一體化的理想接口。? 以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應用場合。IGBT）。Power IC—— SPIC） 一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。? 智能功率集成電路 （ Smart VoltageCircuit—— PIC）。? 將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為 功率集成電路（ Power? 可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性?！?GCT（ GateCommutatedGateCommutated? 目前正在 與 IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代 GTO在大功率場合的位置。集成門極換流晶閘 管 IGCT? 20世紀 90年代后期出現(xiàn)，結合 了 IGBT與 GTO的優(yōu)點，容量 與 GTO相當，開關速度 快 10倍。Thyristor—FCT ）87Thyristor） —— 場控晶閘管（ FieldSITH（ StaticSITH一般也是正常導通型，但也有正常關斷型。? 其很多特性 與 GTO類似，但開關速度 比 GTO高得多，是大容量的快速器件。Transistor） —— 結型場效應晶體管86SIT（ Static缺點 ：? 柵極不加信號時導通，加負偏壓時關斷，稱為 正常導通型 器件，使用不太方便。? 在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等領域獲得應用。Thyristor） —— MOSFET與晶閘管的復合85MCT（ MOS? 每個元的組成為：一個 PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通 的 MOSFET， 和一個控制該晶閘管關 斷的MOSFET。– 高電壓，大電流、高載流密度，低導通壓降。功率模塊與功率集成電路功率模塊與功率集成電路84靜電感應晶閘管靜電感應晶閘管 SITHMOS控制晶閘管控制晶閘管 MCT——NPN 晶體管基極與發(fā)射極之間存在 體區(qū)短路電阻 ， P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對 J3結施加正偏壓，一旦 J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。正偏安全工作區(qū) （ FBSOA）動態(tài)擎住效應 比 靜態(tài)擎住效應 所允許的集電極電流小。反向偏置安全工作區(qū) （ RBSOA）—— 最大集電極電流 、 最大集射極間電壓 和 最大集電極功耗 確定?！?最大集電極電流 、 最大集射極間電壓 和 最大允許電壓上升率duCE/dt確定。82 絕緣柵雙極晶體管擎住效應或自鎖效應 ：v 與 MOSFET和 GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關頻率高的特點 通態(tài)壓降比 VDMOSFET低。相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比 GTR大，且 IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結如下 ：開關速度高，開關損耗小。最大集電極電流—— 由內部 PNP晶體管的擊穿電壓確定。(2)最大集電極功耗 PCM—— 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP(3)v tfi2——IGBT 內部 的PNP晶體管的關斷過程， iC下降較 慢。關斷時間 toffv 電流下降時間又可分為 tfi1和 tfi2兩段。(2) tfv1——IGBT 中MOSFET單獨工作的電壓下降過程； tfv2——MOSFET和 PNP晶體管同時工作的電壓下降過程 。與 MOSFET的相似v 開通延遲時間 td(on) IGBT的開通過程 輸出特性轉移特性 —— IC與UGE間的關系 (開啟電壓 UGE(th))輸出特性?分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。IGBT的轉移特性和輸出特性a)IGBT的靜態(tài)特性圖 123? 關斷 ：柵射極間施加反壓或不加信號時， MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷 ， IGBT關斷。? 導 通 ： uGE大于 開啟電壓 UGE(th)時， MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流 ， IGBT導通。c)簡化等效電路 IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)圖 122? 簡化等效電路表明 ， IGBT是 GTR與 MOSFET組成的達林頓結構，一個 由 MOSFET驅動的厚基 區(qū) PNP晶體管。電氣圖形符號7475 絕緣柵雙極晶體管? 圖 122a—N 溝道 VDMOSFET與 GTR組合 ——N 溝道IGBT。b)內部結構斷面示意圖 IGBT的結構和工作原理216。73 絕緣柵雙極晶體管1)GTR和 GTO的特點 —— 雙極型，電流驅動，有電導調制效應，通流能力很強，開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。? 1986年投入市場，是中小功率電力電子設備的主導器件。Bipolar 兩類器件取長補短結合而成的復合器件 — BiMOS器件216。(4)除跨導 Gfs、 開啟電壓 UT以及 td(on)、 tr、 td(off)和 tf之外還有： 柵源電壓 UGS——漏極直流電流 ID和漏極脈沖電流幅值 IDM—— 電力 MOSFET電流定額(3)漏極電