【正文】 本章小結(jié) 。 在電力電子器件并聯(lián)應用中，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。 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。 晶閘管、電力二極管、電力 MOSFET和 IGBT是目前電力電子變換中應用最多的器件，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。 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)下可能導通之外，在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導通：陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應；陽極電壓上升率du/dt過高；結(jié)溫較高；光觸發(fā)。其關(guān)斷的條件是：使其陽極電流小于維持電流。 晶閘管屬于四層三端單向?qū)щ姲肟匦推骷? 電壓控制型器件的共同特點是：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。 電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)運行 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，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 (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)運行時的均流措施 電力電子器件的串聯(lián)與并聯(lián)運行 電力電子技術(shù) 共享資源課 電力 MOSFET和 IGBT并聯(lián)運行的特點 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。圖中 RP為靜態(tài)均壓電阻， RC為動態(tài)均壓阻容電路。但必須采用均壓措施。 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 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。 (4) 當外部提供 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。 (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。 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。 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)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 圖 采用光電耦合器進行隔離的柵極驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 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。圖 光電耦合器進行隔離的柵極驅(qū)動電路。 (6) 要有較強的抗干擾能力及對 IGBT的保護功能。 (4)要提供大小合適的反向驅(qū)動電壓。 (2) 柵極驅(qū)動電源的功率要足夠大，這樣可以保證在 IGBT導通后，其功率輸出級總是處于飽和狀態(tài)。 對 IGBT柵極驅(qū)動電路有以下基本要求。 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體器件。 圖 UAA4002模塊的原理框圖 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 UAA4002具有豐富的保護功能，其中有集電極電流限制、防止退飽和、導通時間間隔控制、電源電壓監(jiān)測、時延、熱保護等。簡單的雙電源驅(qū)動電路如圖 。貝克鉗位電路的具體形式如圖 。理想的 GTR基極驅(qū)動電流波形如圖 圖 理想的 GTO門極驅(qū)動電流波形 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 1. 貝克鉗位電路 為了提高 GTR的工作速度，驅(qū)動電路都以抗飽和的貝克鉗位電路作為基本電路。 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 (3) GTR關(guān)斷時，應迅速加上足夠大的反向基極電流，迅速抽取基區(qū)的剩余載流子，以確保 GTR快速關(guān)斷，并減小關(guān)斷損耗。 (1) 控制開通 GTR時，驅(qū)動電流前沿要陡 (小于 1ms)，并且要有一定的過沖電流，以縮短開通時間，減小開通損耗。 圖 238 直接耦合式電容儲能 GTO驅(qū)動電路 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 GTR驅(qū)動電路 GTR基極驅(qū)動電路的作用是將控制電路輸出的控制信號電流放大到足以保證大電力二極管能可靠開通或關(guān)斷。 2. 門極關(guān)斷電路 要求關(guān)斷控制電流波形為前沿較陡、寬度足夠、幅度較高、后沿平緩。 圖 理想的 GTO門極驅(qū)動電流波形 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 1. 門極開通電路 GTO的門極觸發(fā)特性與普通晶閘管基本相同，驅(qū)動電路設(shè)計也基本一致。 圖 觸發(fā)電路在晶閘管變流裝置中的地位 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 GTO驅(qū)動電路 GTO可以用正門極電流開通和負門極電流關(guān)斷。 。三相半波整流電路電阻負載時要求移相范圍為 150176。 ，而電感性負載 (不接續(xù)流管時 )要求移相范圍為 90176。 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 4. 觸發(fā)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求 觸發(fā)脈沖的移相范圍與主電路的形式、負載性質(zhì)及變流裝置的用途有關(guān)。 3. 觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，前沿要陡 為使被觸發(fā)的晶閘管能保持住導通狀態(tài)，晶閘管的陽極電流在觸發(fā)脈沖消失前必須達到擎住電流，因此，要求觸發(fā)脈沖應具有一定的寬度，不能過窄。 電力電子器件驅(qū)動與保護電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 1. 觸發(fā)信號要有足夠的功率 為使晶閘管可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路提供的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必須大于晶閘管產(chǎn)品參數(shù)提供的門極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流值，即必須保證具有足夠的觸發(fā)功率。為了使晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入導通狀態(tài)，晶閘管在承受正向陽極電壓的同時，還需要在門極加上適當?shù)挠|發(fā)電壓。 (4)短路保護 (SC)：若負載發(fā)生短路或因控制系統(tǒng)故障導致短路，流過IGBT的電流值超過短路動作電流，則立刻發(fā)生短路保護，封鎖門極驅(qū)動電路，輸出故障信號。 (2)過流保護 (OC)：若流過 IGBT的電流值超過過流動作電流，且時間超過toff(10ms)，則發(fā)生過流保護，封鎖門極驅(qū)動電路，輸出故障信號，為避免產(chǎn)生過大的 di/dt，大多數(shù) IPM采用兩級關(guān)斷模式。 (b) 短路安全工作區(qū)電流和電壓波形 功率模塊與功率集成電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 IPM的保護功能 1．開關(guān)安全工作區(qū) IPM的保護電路可以實現(xiàn)控制電壓欠壓保護、過熱保護、過流保護和短路保護。 ICC、 ICES、 VCC這 3個指標是出廠 IPM型號數(shù)據(jù)手冊中給出的技術(shù)指標，一般都不超過其規(guī)定值 (工作在安全工作區(qū)內(nèi) )。開關(guān)安全工作區(qū)可用圖 (a)中的電流和電壓波形來定義。 圖 功率模塊外形圖 圖 橋式 IGBT模塊內(nèi)部電路 功率模塊與功率集成電路 電力電子技術(shù) 共享資源課 IPM的結(jié)構(gòu) 這里以三菱公司的 PM100DSA120為例， IPM功能框圖如圖 ，它包括了功率器件、驅(qū)動回路、檢測與保護電路，其外形圖如圖 。圖 IGBT模塊內(nèi)部電路。 IGCT具有電流大、阻斷電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、導通損耗低等特點，而且制造成本低，成品率高，有很好的應用前景。另外， MCT的開關(guān)速度超過 GTR，開關(guān)損耗也小。 MCT具有高電壓、大電流、高載流密度、低通態(tài)壓降的特點。由于SITH的制造工藝比較復雜，成本比較高，而且關(guān)斷時需要較大的門極驅(qū)動