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
一. 过电压保护 1. 产生过电压的原因
外因过电压主要指来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，
（1）雷击过电压 ；（2）静电感应过电压 ；（3）分闸时的操作过电压
内因过电压主要来自电力电子装置内压部敏的电开阻关过程。如晶闸管的关断过电压，
可达工作电压峰值的5—6倍。
或硒堆
2. 过电压的保护措施
电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的 保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过 电流继电器整定在过载时动作
快速熔断器 电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施 选择快熔时应考虑：
(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定
(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定
RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路 RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器 RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路 RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路
电力电子装置
过电压抑制电路
R1
C2 R2
C1
图1-36
Ca Ra Ca Ra
选择动态参数和特性尽量一致的器件 用RC并联支路作动态均压 采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异
二、晶闸管的并联 目的：多个器件并联来承担较大的电流 问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀 均流措施 挑选特性参数尽量一致的器件 采用均流电抗器 用门极强脉冲触发也有助于动态均流 当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接
三、电力MOSFET和IGBT并联运行的特点
电力MOSFET并联运行的特点 – Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联 – 注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联 – 电路走线和布局应尽量对称 – 可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用
2017年西安理工大学814电力电子技术终考研大纲硕士研究生入学考试大纲
西安理工大学研究生招生入学考试《电力电子技术》考试大纲科目代码：814科目名称：电力电子技术第一部分课程目标与基本要求一、课程目标电力电子技术是电气工程及其自动化类专业一门必修的专业基础课。
本课程主要考查考生对电力电子技术基本概念的理解，对常用电力电子器件特性和使用方法，基本的电力电子变换电路的结构、工作原理、控制方法、分析和设计方法掌握程度；考查考生基本电力电子基础知识的综合运用能力。
二、基本要求本课程主要任务是研究常用的电力电子器件的驱动控制方法；使学生掌握基本电力电子变换电路控制、设计和分析方法；熟悉各种电力电子装置的应用范围和技术指标。
通过本课程的学习，学生能运用所学正确分析典型电力电子变换电路的问题，使学生具备进一步学习后续课程的理论基础。
第二部分课程内容与考核目标第一章绪论1、理解电力电子技术设计的学科范畴；2、了解电力电子技术研究内容；3、了解电力电子技术发展史；4、了解电力电子技术应用领域。
第二章电力电子器件1、了解电力电子器件在实际应用系统中的地位；2、掌握常用电力电子器件：电力二极管、晶闸管、典型全控型器件IGBT和电力MOSFET的结构、工作原理、动静态特性及参数；3、了解新型电力电子器件及材料。
第三章整流电路1、掌握相控整流电路的基本概念及分析方法；2、掌握单相及三相相控整流电路控制方式、工作原理及波形分析；3、掌握有源逆变实现条件、有源逆变颠覆概念，掌握常用有源逆变电路工作原理；4、理解变压器漏抗对可控整流电路的影响，电容滤波对整流器输出电压的影响；5、了解整流电路谐波及其评价指标，了解非正弦电路中功率因数评价方法。
第四章逆变电路1、掌握电力电子技术的基本换流方式；2、掌握逆变电路常用控制方法；3、掌握单相及三相电压型逆变电路结构特点、工作原理和输出波形特性；4、掌握电流型逆变电路结构特点、工作原理和输出波形特性；5、理解逆变电路多重化工作原理及作用。
第五章直流-直流变换电路1、掌握直流斩波电路常用控制方法及分析方法；2、掌握基本的直流斩波电路，如降压斩波、升压斩波和升降压斩波电路的拓扑结构、控制方法和工作原理；3、掌握电流可逆和桥式可逆斩波电路控制方法，了解斩波电路多重化意义。
对电力电子器件应用技术发展的思考
高压直流输电（HVDC）：电力电子 器件在HVDC系统中应用广泛，如换 流阀等，可实现大功率、长距离、低 损耗的电能传输，提高电网运行的经 济性和稳定性。
电机驱动与控制：电力电子器件在电 机驱动与控制系统中具有重要地位， 如变频器等，通过调节电机的运行速 度，实现节能降耗。同时，通过优化 控制算法，可提高电机的运行效率和 可靠性。
分类
根据功能和用途的不同，电力电子器件可分为整流器、逆变器、直流斩波器、 交流开关等。按照控制方式的不同，可分为线性控制和开关控制两类。
电力电子器件在电力系统中的应用
发电环节
在发电环节中，电力电子器件可用于风力发电、太阳能发电等可再生能源的并网和电能质 量控制等方面。通过电力电子器件的控制，可实现发电系统输出电压和频率的稳定，提高 电力系统的稳定性。
电力电子器件的智能化和集成化挑战
01
智能化控制
随着物联网和人工智能技术的发展，如，是一个重要的发展方向。
02 03
模块化与集成化
为了提高电力电子系统的整体性能和可靠性，如何将多个电力电子器件 进行模块化与集成化设计，减少系统复杂性和体积，是另一个需要关注 的问题。
电力电子器件在新型电力系统中的潜在应用
可再生能源并网
随着可再生能源的大规模开发， 电力电子器件在风力发电、太阳 能发电等可再生能源的并网过程
中将发挥重要作用。
分布式能源系统
电力电子器件是实现分布式能源 系统灵活、高效运行的关键，其 可以有效管理分布式能源系统中
的各种电源和负荷。
微电网系统
在微电网系统中，电力电子器件 可以实现能量的双向流动、优化 调度和稳定运行，提高微电网系 统的自给自足能力和运行经济性
对电力电子器件应用技术发展的 思考
电力电子器件及其应用的问题和发展[123]
![电力电子器件及其应用的问题和发展[123]](https://img.taocdn.com/s3/m/cf3ed55f33687e21af45a98c.png)
电力电子器件及其应用的问题和发展雷菊芬（江西环境工程职业学院机械与电子学院，江西赣州341000）摘要：分析电力电子器件的发展现状，并且制定有效的解决措施，促进电力电子器件的发展。
关键词：电力；电子器件；应用中图分类号：ＴＭ９２１．５文献标识码：Ａ文章编号：２０９５－０７４８（２０１６）１９－００３１－０２引言目前我国的电力电子器件发展势头比较强劲，为人们的生活提供了便利。
但是电力电子器件的发展和西方国家相比，还存在许多不足，需要采取措施解决发展过程中存在的不足，并且加强对电力电子器件原材料、发展方向等方面的研究，使电力电子器件的发展可以逐渐赶上国际先进水平。
1电力电子器件应用的现状由于经济的蓬勃发展，使得电力电子器件越来越受到人们的重视。
从20世纪80年代开始，世界的电子技术有了新的突破。
电子技术包含电力电子技术、信息电子技术。
信息电子技术属于科技发展的重要成果。
而电力电子技术主要是实现电能的传输、处理、存储和控制，与人们的生活息息相关。
目前我国的电力电子器件的应用比较广泛，许多大型的工厂当中应用了大量的电力电子器件，可以有效提高生产效率。
电力电子技术是目前一种比较先进的技术，其对促进经济的发展具有重要的作用，但是在应用过程中常常会出现一些问题，比如更新速度慢、创新能力不足、研究力度小等均会影响到电力电子器件的应用和发展。
因此本文就电力电子器件发展过程中存在的问题进行分析，确定电力电气器件的发展方向，使电力电气器件的应用范围得以不断扩大。
2电力电子器件在应用中出现的问题由于经济的不断发展，使得电力电子技术不断融入人们的生活当中，为人们的生活提供了便利，因此对电力电子器件的应用研究愈加重要。
但是目前电力电子器件在应用过程中还存在不少的问题，急需将之进行解决才能使电力电子器件的应用更加广泛。
2.1电子技术创新度不足电子技术的发展速度比较快，而且在生活中人们对电力电子技术的要求越来越高，但是电子技术的发展速度却无法和人们的欲望增长速度保持平衡，导致电力电子技术的创新度有所不足，最终使得电力电子器件的应用受到影响。
第9章电力电子器件应用的共性问题
10
11
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
(2) GTR
开通驱动电流应使GTR处于准 饱和导通状态，使之不进入放 ib 大区和深饱和区。
关断GTR时，施加一定的负基 O
t
极电流有利于减小关断时间和
关断损耗。
关断后同样应在基射极之间施 加一定幅值（6V左右）的负偏 压。
图1-30 理想的GTR基极 驱动电流波形
12
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路 两部分。
+15V
A
V1
R1
R2
R3
V3 VD1
V2
C1
R4
V4 V5 C2
R5 V6
+10V
VD2
VD3
V
VD4 VS 0V
图1-31 GTR的一种驱动电路
驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。
驱动电路——主电路与控制电路之间的接口
使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开 关时间，减小开关损耗。 提高装置的运行效率、可靠性和安全性。 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。
驱动电路的基本任务：
按控制目标的要求，将驱动信号加在电力电子器件 控制端和公共端之间，使其开通或关断。 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。
4
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
分类
按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电 压驱动型。 驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋 势是采用专用集成驱动电路。
电力电子器件及共性问题-精品文档
导通：UGE>UGE(th)时，MOSFET内形成沟道;
为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 导通压降：电导调制效应使电阻RN减小, 使通态压降小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
28
（Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT或IGT）
2&9.1 典型全控型器件
绝缘栅双极晶体管
*** IGBT的主要特点 ** 开关速度高，开关损耗小; ** 开关频率略低于MOSFET; ** 电压电流容量大，高于GTR; ** 驱动电流小，驱动电路简单;
则压降随之增大（因无正向PN结的电导调制效应） G－S 阻抗高，容易积累较多电荷，形成强内部电场，一 般在不用时将G－S之间短接，以防静电击穿。
26
2&9.1 典型全控型器件
绝缘栅双极晶体管
*** GTR的特点 双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关 （Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT或IGT）
13
2&9.1 典型全控型器件
电力晶体管（Giant Transistor——GTR）
GTR的主要应用---- GTR模块 目的：改善GTR性能，方便使用以及提高可靠性。
绝缘处理
提高关断速度
续流
泄露电阻
快恢复电力二极管 14
2&9.1 典型全控型器件
电力晶体管（Giant Transistor——GTR）
比GTO小 门极电流不可撤除直至关断
16
电力电子器件应用的共性问答
河南科技大学《电力电子技术》课件 以PWM变频器为例
毛刺吸 收电路
内因过电 压抑制
外因过电
压抑制
防止二极管等 “换相”过电压
防止全控 器件“关
图9-10 过电压抑制措施及配置位置
断”过压
F⎯避雷器 D⎯变压器静电屏蔽层 C⎯静电感应过电压抑制电容
RC1⎯阀侧 浪涌过电压抑制用 RC电路
RC2⎯阀侧 浪涌过电压抑制用 反向阻断式RC电路
RV⎯压敏电阻过电压抑制器 RC3⎯阀器件 换相过电压抑制用RC电路
RC4⎯直流侧RC抑制电路
RCD⎯阀器件 关断过电压抑制用RCD电路
z 电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。
z 其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施, 属于缓冲电路范畴。
19
第9章 电力电子器件应用共性问题
¾过电压保护措施
驱动电路具体形式：
（1）分立元件式驱动电路。 （2）专用驱动电路（目前流行）。具体形式：
——（集成）驱动电路芯片。 —— 把多个芯片和器件集成在一起，混合集成电路。 —— 对大功率器件，可能把所有驱动电路都封装在一起 的驱动模块。
6
第9章 电力电子器件应用共性问题
9.6.2 晶闸管的触发电路
河南科技大学《电力电子技术》课件
立刻恢复阻断，会有较大的反向电流流过。当恢复了阻断 能力时，该反向电流急剧减小, 会由线路电感在器件两端感 应出过电压。
② 关断过电压: 全控型器件“关断”时，正向电流迅速降 低而由线路电感在器件两端感应出的过电压，（SCR无）。
18
第9章 电力电子器件应用共性问题
¾过电压保护措施
小容量 场合
大容量 场合
第9章 电力电子器件 应用的共性问题
电力电子器件的研发与改进
电力电子器件的研发与改进电力电子器件是电气工程中的重要组成部分，它们在电力转换、电能调节和电能控制等方面起着至关重要的作用。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，电力电子器件的研发和改进也变得越来越重要。
本文将探讨电力电子器件的研发与改进的现状和挑战，并介绍一些相关的技术和方法。
一、电力电子器件的研发现状目前，电力电子器件的研发主要集中在提高器件的功率密度、效率和可靠性方面。
功率密度是指在给定体积或尺寸下，器件能够承受的功率大小。
提高功率密度可以使电力电子器件更加紧凑，减小占地面积，并且方便集成到更多的应用中。
效率是指器件将输入电能转换为输出电能的比例。
提高效率可以减少能量损耗，提高能源利用效率。
可靠性是指器件在长时间运行过程中的稳定性和可靠性。
提高可靠性可以减少故障率，延长器件的使用寿命。
在研发过程中，电力电子器件的材料选择、结构设计和制造工艺等方面是关键的。
材料选择需要考虑器件的工作温度、电流密度和耐压能力等因素。
常用的材料有硅、碳化硅和氮化镓等。
结构设计需要考虑器件的散热性能、电磁兼容性和尺寸等因素。
制造工艺则需要考虑制造成本、工艺复杂度和生产效率等因素。
二、电力电子器件的改进挑战电力电子器件的改进面临着一些挑战。
首先，功率密度的提高需要解决散热问题。
随着功率密度的增加，器件内部的热量也会增加，如何有效地散热成为一个关键问题。
其次，效率的提高需要解决能量损耗问题。
器件在工作过程中会有一定的能量损耗，如何减少能量损耗，提高能源利用效率是一个重要的课题。
此外，可靠性的提高需要解决故障率问题。
器件在长时间运行过程中可能会出现故障，如何减少故障率，提高器件的可靠性是一个关键挑战。
三、电力电子器件的研发与改进方法为了解决电力电子器件的研发与改进问题，可以采取一些相关的技术和方法。
首先，可以利用先进的材料和制造工艺。
先进的材料可以提高器件的性能，先进的制造工艺可以提高器件的制造效率和一致性。
其次，可以采用先进的散热技术。
对电力电子器件应用技术发展的思考
对电力电子器件应用技术发展的思考近年来，随着科学技术的发展和经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，其中电力能源是不可或缺的。
电力电子器件作为电力转换和控制的核心部件，在电力系统中拥有极其重要的地位。
随着技术的发展和应用的广泛，电力电子器件应用技术也在不断地发展和创新，给社会带来了诸多便捷和改善。
但与此同时，也出现了一些不足和问题。
因此本文将对电力电子器件应用技术的发展进行一些思考和探讨。
首先，电力电子器件应用技术的发展方向有哪些？未来电力电子器件应用技术的发展方向是什么？我们可以从以下三个方面来阐述。
（一）高效性电力电子器件应用技术的一个重要发展方向就是高效性。
高效性是指在转换和控制电能时，最大限度地减少电能的损耗。
目前，电力电子器件在高效性方面还存在一定的问题，如转换损失高，吸收噪音和电磁波等。
因此，未来的电力电子器件应更加注重减少损耗、降噪和提高效率。
（二）功率密度电力电子器件应用技术的另一个重要发展方向是功率密度。
功率密度是指单位体积内电子器件所能承受的最大功率。
功率密度的提高可以大大减小电力电子器件的体积和重量，提高其集成度和可靠性，降低成本，促进电力电子器件的应用。
未来的电力电子器件应该致力于提高功率密度，开发能够承受更大功率的电力电子器件。
（三）可靠性电力电子器件应用技术的第三个重要发展方向是可靠性。
可靠性是指在长期的稳定工作条件下，电力电子器件能够持续稳定地工作。
目前，电力电子器件可靠性方面主要存在三个问题：散热问题、温度问题和腐蚀问题。
未来的电力电子器件应该注重解决这些问题，提高电力电子器件的耐用性和可靠性。
然而，在电力电子器件应用技术发展的同时，也出现了一些不足和问题。
具体表现在以下几个方面：（一）应用范围狭窄电力电子器件应用技术的一个不足之处是应用范围狭窄。
目前，电力电子器件主要应用于工业和电力系统领域，而在智能科技领域、电动汽车等领域应用较少，未来电力电子器件的应用可以更广泛。
关于电力电子器件分类与应用思考
电力电子器件组合的应用
在电力系统中，电力二极管常常与其他电力电子 器件如晶闸管、电力晶体管等组合使用，实现整 流、逆变、斩波等功能。
开关电源的应用
电力二极管在开关电源中作为整流元件，将交流 电转换为直流电，为负载提供稳定的电压。
3
保护电路的应用
电力二极管在保护电路中起到防止电流倒流、稳 定电压等作用，保护电路免受过电压、过电流的 损害。
PNP晶体管是一种由两个P型和 一个N型半导体元件组成的电力
晶体管。
PNP晶体管的电流方向与NPN 晶体管相反，因此在实际应用中 需要与NPN晶体管进行匹配使
用。
PNP晶体管的输出特性曲线与 NPN晶体管相反，因此具有不
同的应用场景。
晶体管的应用
放大器
开关电路
晶体管作为一种放大元件，广泛应用于音 频、视频、射频等领域的放大器中，如音 频功率放大器、射频功率放大器等。
关于电力电子器 件分类与应用思 考
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目录
• 电力电子器件概述 • 电力二极管 • 电力晶体管 • 电力场效应管 • 电力电子器件的发展趋势与挑战 • 电力电子器件在新能源领域的应用 • 电力电子器件在工业领域的应用
01
CATALOGUE
电力电子器件概述
定义与分类
01
新型器件的研发和应用
碳化硅（SiC）器件
碳化硅是一种宽带隙半导体材料，具有高耐压、高频率、高 效率和高可靠性等优点，被广泛应用于电力电子装置中。SiC 器件能够提高电力电子装置的性能和可靠性，是未来电力电 子器件发展的重要方向之一。
氮化镓（GaN）器件
氮化镓是一种宽带隙半导体材料，具有高频率、高效率和高 可靠性等优点，被广泛应用于电力电子装置中。GaN器件具 有更高的开关速度和更高的工作效率，能够提高电力电子装 置的功率密度和效率。
电力电子器件的发展现状和技术对策
电力电子器件的发展现状和技术对策电力电子器件是现代电力系统中重要的组成部分，其发展趋势和技术对策对电力系统的安全稳定运行有着重要的影响。
本文将从电力电子器件的发展现状、存在的问题和技术对策三个方面探讨电力电子器件发展的趋势和未来的方向。
一、电力电子器件的发展现状电力电子器件的发展历程可追溯至上世纪50年代，当时电力电子技术刚刚起步，主要应用于电焊、电机调速和弯管等方面。
随着电力电子技术的发展，电力电子器件的种类也逐渐增多，如晶闸管、可控硅、IGBT、MOSFET、SiC等，且技术水平也有了大幅提升。
现在电力电子器件已广泛应用于电网、轨道交通、工业自动化等领域，极大地提升了电力系统的运行效率和质量。
二、电力电子器件存在的问题尽管电力电子器件得到了广泛的应用，但仍然存在一些问题影响着其进一步发展。
除了器件自身的局限性，电力电子器件在实际应用过程中还面临以下问题：1.高温环境下故障率高。
电力电子器件在高温环境下经常会出现损坏、故障等问题，这是由于器件在工作过程中产生了大量的热量，如果散热不良，就会对器件的寿命和性能产生影响。
2.电磁兼容问题。
电力电子器件在工作时会产生较大的电磁干扰，这些干扰会对其他电子设备造成障碍，从而影响电力系统的稳定性和安全性。
3.尺寸限制。
电力电子器件的制造尺寸相对较大，不易满足小型化要求，也难以满足复杂电路对体积的要求。
三、电力电子器件的技术对策为了克服上述问题，提高电力电子器件的性能和稳定性，科研人员提出了多种技术对策：1.材料技术的提高。
制造电力电子器件的材料对器件性能有着至关重要的影响，如SiC(Silicon Carbide) 材料由于其较高的导电性和热稳定性，被广泛应用于电力电子器件的制造中。
2.结构优化。
通过对电路的改进以及器件的结构优化，不仅可以提升器件的性能，还可以降低器件的体积、重量、损耗等。
3.封装技术的提高。
优化封装结构和材料，改善器件的散热和电磁兼容性，提高器件的效率和可靠性。
对电力电子器件应用技术发展的思考
固态开关
固态开关的出现使得电力电子器 件在控制和调节电力方面更加高
效和可靠。
第三阶段：电力电子器件的快速发展
20世纪80年代至今
随着微处理器和其他数字技术的快速发展，电力电子器件也开始 进入快速发展阶段。
智能功率管理
智能功率管理技术的出现使得电力电子器件能够更加智能化地控制 和调节电力。
电力电子器件在电动汽车中的具体应用案例
电池管理系统
01
电池管理系统是电动汽车的核心部件之一，它需要使用电力电
子器件来实现电池的充电、放电和热管理等功能。
电机控制器
02
电机控制器是电动汽车的关键部件之一，它需要使用电力电子
器件来实现电机的控制和调节。
车载充电器
03
车载充电器是电动汽车的重要部件之一，它需要使用电力电子
整流器
在20世纪初，整流器是最早的电力 电子器件之一，它可以将交流电转 换为直流电。
逆变器
逆变器是另一个早期的电力电子器 件，它可以将直流电转换为交流电 。
第二阶段：电力电子器件的初步发展
20世纪50年代
随着晶体管和其他固态电子器件 的发明，电力电子器件开始进入
初步发展阶段。
晶体管
晶体管的出现使得电力电子器件 的体积更小，可靠性更高，同时 也为后来的集成电路和微处理器
。
绿色环保
随着环保意识的不断提高，未来电动汽车 的电力电子器件也将更加注重环保和节能 。
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开关特性
电力电子器件具有快速开 关的特性，可以在微秒或 纳秒级时间内完成功率的 转换。
高频特性
电力电子器件可以工作在 高频状态，实现电能的快 速转换和控制。
电力电子器件及其应用的现状和发展
电力电子器件及其应用的现状和发展摘要：随着经济的增长，电力电子器件已经逐渐扩展到了能源、环境、机械制造等多个领域，而且当前的航空、航天、军事战机、激光泡以及交通运输等领域也开始加大了对电力电子器件的使用率。
因此，我们需要对于电力电子器件应用的现状、应用中存在的问题、未来发展的趋势问题进行科学的研究与有效的分析，使得其具有的价值与能力得到不断的发展与进步，促进我国经济的发展与社会的进步。
关键词：电力电子器件；应用现状；发展前言：电力电子器件，又叫做功率半导体器件，其主要的作用就是电能转换以及对相应的电力进行控制。
随着电力电子器件的快速发展，我国的电子技术也得到了相应的发展。
一方面，利用电力电子器件的优势，电子信息技术实现了对信息的储存、传送和控制；另一方面，电力电子器件在电能的正常输送方面也起到了积极作用。
电力电子器件在很大程度上促进了电子技术的改革与发展。
因此，电力电子器件已经成为当前人类社会中不可或缺的重要的元件，探讨电力电子器件的应用现状与未来发展对于社会的进步与发展同样具有重要的现实意义。
1电力电子器件应用的现状近年来，经济发展越来越快，势不可挡，我国的电力电子器件的发展也顺应时代潮流，在飞速的发展着。
二战后，特别是自二十世纪八十年代后，我国也开始进入信息时代，电子技术有了新的发展，这对我国的电力电子器件的应用与发展功不可没。
我国电力电子器件应用于我们生活的各个领域，如我国的一些大型的工厂，都利用了电力电子器件，充分发挥资源的功用，发挥资源利用的最大化，促进了工厂生产的发展，提高了工作效率，从而实现高效能发展。
电子技术包含信息电子技术和电力电子技术，信息电子技术是科技发展的攸关点，而电力电子技术处理的主要是电能的传输、存储和控制，和我们的日常生活密切相关，我们现代的生活已经无法离开它。
但电力电子器件的应用在使用、发展的过程中也不可避免地存在一些不足，例如电力电子器件的应用已经跟不上这个快节奏时代的步伐，更新的速度过缓，无法跟上时代潮流，创新还有待提高，这些不足都会影响电力电子器件的应用和发展。
第九章电力电子电路的共性问题 [兼容模式]
![第九章电力电子电路的共性问题 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/48bf795f77232f60ddcca1e0.png)
§9-1电力电子器件的驱动§9-2电力电子器件的保护§9-3电力电子器件的串联、并联使用电力电子器件应用的第九章共性问题9.1 电力电子器件的驱动§9.1.1概述§9.1.2晶闸管的触发电路§9.1.3全控器件的典型驱动电路1驱动电路电力电子主电路与控制电路之间的接口；良好的驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态，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；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。
2驱动电路的基本功能按控制目标的要求给器件施加开通或关断的信号 对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。
驱动电路提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离普通型§9.1.1 概述3驱动电路的分类按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电流驱动型和电压驱动型两类。
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分立元件的，目前的趋势是采用专用集成驱动电路。
1晶闸管的触发电路的作用及其要求★作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
对触发时刻进行控制（相位控制电路）★要求：触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通——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；——对变流器的启动，双反星形带平衡电抗器的整流电路的触发脉冲应宽于30o；1晶闸管的触发电路的作用及其要求★要求：触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通——对于变流器的启动，三相桥式全控整流电路的触发脉冲应宽于60o或采用相隔60o的双窄脉冲。
触发脉冲应有足够的幅度——对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1~2A/μs。
1晶闸管的触发电路的作用及其要求★要求：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靠触发区域之内；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。
IGBT在应用中碰到的常见问题解决方法
IGBT在应用中碰到的常见问题解决方法1 引言80年代问世的绝缘栅双极性晶体管IGBT是一种新型的电力电子器件，它综合了gtr和MOSFET的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。
随着电压、电流等级的不断提高，IGBT成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了综述。
2 IGBT的应用领域2.1 在变频调速器中的应用［3］SPWM变频调速系统的原理框图如图1所示。
主回路为以IGBT 为开关元件的电压源型SPWM逆变器的标准拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，控制回路产生的SPWM信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行控制;变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相交流电压，使之按一定的转速和旋转方向运转。
2.2 在开关电源中的应用［5］图2为典型的ups系统框图。
它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为交流电的逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时贮存能量且维持正常的充电电压，处于“浮充”状态。
一旦供电超出正常的范围或中断时，蓄电池立即对逆变器供电，以保证ups电源输出交流电压。
ups逆变电源中的主要控制对象是逆变器，所使用的控制方法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制（SPWM）法。
2.3 在有源滤波器中的应用［6］并联型有源滤波系统的原理图如图3所示。
主电路是以IGBT为开关元件的逆变器，它向系统注入反向的谐波值，理论上可以完全滤除系统中存在的谐波。
与变频调速器不同的是，有源滤波器pwm控制信号的调制波是需要补偿的各次谐波的合成波形，为了能精确的反映出调制波的各次谐波成分，必须大大提高载波的频率。
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9.2.1 过电压的产生及过电压保护
图9-10 过电压抑制措施及配置位置 F避雷器 D变压器静电屏蔽层 C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路 RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器 RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路 RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路
9.2.2 过电流保护
◆快速熔断器（简称快熔） ☞是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。 ☞选择快熔时应考虑 √电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。 √电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。 2 2 √快熔的 t值应小于被保护器件的允许 t值。 I I √为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。 ☞快熔对器件的保护方式可分为全保护和短路保护两种。 √全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度 较大的场合。 √短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。
uG O
施加约5V的负偏 压，以提高抗干 扰能力。
t
iG O
幅值需达阳极电流 的1/3左右，陡度需 达50A/s，强负脉 冲宽度约30s，负 脉冲总宽约100s
t
图9-4 推荐的GTO门极电压电流波形
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
☞直接耦合式驱动电路 √可避免电路内部的相互干扰 和寄生振荡，可得到较陡的脉 冲前沿；缺点是功耗大，效率 较低。 √电路的电源由高频电源经二 极管整流后提供，VD1和C1提供 +5V电压，VD2、VD3、C2、C3 构成倍压整流电路提供+15V电 压，VD4和C4提供-15V电压。 √V1开通时，输出正强脉冲； V2开通时，输出正脉冲平顶部 分； √V2关断而V3开通时输出负脉 冲；V3关断后R3和R4提供门极 负偏压。
9.1.2 晶闸管的触发电路
■常见的晶闸管触发电路 ◆由V1、V2构成的脉冲放大环 节和脉冲变压器TM和附属电路构 成的脉冲输出环节两部分组成。 ◆当V1、V2导通时，通过脉冲 变压器向晶闸管的门极和阴极之 间输出触发脉冲。 ◆VD1和R3是为了V1、V2由导 通变为截止时脉冲变压器TM释放 其储存的能量而设的。 ◆为了获得触发脉冲波形中的 强脉冲部分，还需适当附加其它 电路环节。
■驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采 用专用集成驱动电路。 ◆双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的 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 发的集成驱动电路。
9.1.2 晶闸管的触发电路
■晶闸管的触发电路 ◆作用：产生符合要求的门极触发脉冲， 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 刻进行控制的相位控制电路。 IM ◆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 I 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。 t1 t2 t3 t4 ☞触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒 冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最 图9-2 理想的晶闸管触发脉冲电流波形 t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s） 大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也 t1~t3强脉冲宽度 需增加，一般需达1~2A/s。 IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4脉冲宽度 ☞触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、 I脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT） 电流和功率定额，且在门极伏安特性的可 靠触发区域之内。 ☞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。
无缓冲电路时
9.2.3 缓冲电路
■缓冲电路 ◆图9-14a给出的是一种缓冲 电路和di/dt抑制电路的电路图。 ◆在无缓冲电路的情况下， di/dt很大，关断时du/dt很大， 并出现很高的过电压，如图914b。 ◆在有缓冲电路的情况下 ☞V开通时，Cs先通过Rs向 V放电，使iC先上一个台阶，以 后因为Li的作用，iC的上升速度 uCE iC 减慢。 ☞V关断时，负载电流通过 VDs向Cs分流，减轻了V的负担， O 抑制了du/dt和过电压。 ☞因为关断时电路中（含 布线）电感的能量要释放，所 图9-14 以还会出现一定的过电压。
图9-8 电力MOSFET的一种驱动电路
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
☞专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L， 其输入信号电流幅值为16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱动电 压+15V和-10V。 ◆IGBT ☞多采用专用的混合集成驱动器，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EXB840、EXB841、 EXB850和EXB851）。
0V
ib
图9-7 GTR的一种驱动电路
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
■电压驱动型器件的驱动电路 ◆电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 ◆为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有 较小的输出电阻。 ◆使电力MOSFET开通的栅源极间驱动电 压一般取10~15V，使IGBT开通的栅射极间驱 动电压一般取15 ~ 20V。 ◆关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般 取 -5 ~ -15V）有利于减小关断时间和关断损 耗。 ◆在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右） 可以减小寄生振荡，该电阻阻值应随被驱动器 件电流额定值的增大而减小。 ◆电力MOSFET ☞包括电气隔离和晶体管放大电路两部分； 当无输入信号时高速放大器A输出负电平，V3 导通输出负驱动电压，当有输入信号时A输出 正电平，V2导通输出正驱动电压。
第9章 电力电子器件应用的共性问题
9.1 电力电子器件的驱动 9.2 电力电子器件的保护 9.3 电力电子器件的串联使用和并联使用 本章小结
9.1 电力电子器件的驱动
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述 9.1.2 晶闸管的触发电路 9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
图9-11 RC过电压抑制电路联结方式 a)单相 b)三相
图9-12 反向阻断式过电压抑制用RC电路
9.2.2 过电流保护
图9-13 过电流保护措施及配置位置
■过电流分过载和短路两种情况。 ■过电流保护措施及其配置位置 ◆快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施，一般 电力电子装置均同时采用几种过电流保护措施，以提高保护的可靠性和合理 性。 ◆通常，电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保 护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定 在过载时动作。
图9-3 常见的晶闸管触发电路
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
■电流驱动型器件的驱动电路 ◆GTO和GTR是电流驱动型器 件。 ◆GTO ☞开通控制与普通晶闸管相 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 通期间施加正门极电流，使GTO 关断需施加负门极电流，对其幅 值和陡度的要求更高。 ☞GTO一般用于大容量电路 的场合，其驱动电路通常包括开 通驱动电路、关断驱动电路和门 极反偏电路三部分，可分为脉冲 变压器耦合式和直接耦合式两种 类型。
图9-5 典型的直接耦合式GTO驱动电路
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
◆GTR ☞开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导 通状态，使之不进入放大区和深饱和区。 ☞关断时，施加一定的负基极电流有利于减 O t 小关断时间和关断损耗，关断后同样应在基射 极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。 ☞GTR的一种驱动电路 √包括电气隔离和晶体管放大电路两部分。 图9-6 理想的GTR基极驱动电流波形 +15V +10V √VD2和VD3构成贝克箝位电路，是一种抗 R4 C1 饱和电路，可使GTR导通时处于临界饱和状态； R3 A V1 R2 √C2为加速开通过程的电容，开通时R5被C2 V4 短路，这样可以实现驱动电流的过冲，并增加 C2 VD2 V3 V5 前沿的陡度，加快开通。 R1 VD1 VD3 ☞驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公 V R5 司的UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常 V6 VD4 见。 V2 VS
ID R U in
IC R1
E R U out
E
E R R1
R1
a)
b)
图9-1 光耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
c)
9.1.1 电力电子器件驱动电路概述
■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 信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电 压驱动型两类。 ◆晶闸管的驱动电路常称为触发电路。
■过电压抑制措施及配置位置 ◆各电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。 ◆RC3和RCD为抑制内因过电压的措施。
9.2.1 过电压的产生及过电压保护
◆抑制外因过电压来采用RC过电压抑制电路。 ◆对大容量的电力电子装置，可采用图9-12所示的反向阻断式RC电路。 ◆采用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非 线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施。
图9-9 M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图
Байду номын сангаас
9.2 电力电子器件的保护
9.2.1 过电压的产生及过电压保护 9.2.2 过电流保护 9.2.3 缓冲电路
9.2.1 过电压的产生及过电压保护
■过电压分为外因过电压和内因过电压两类。 ■外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原 因，包括 ◆操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。 ◆雷击过电压：由雷击引起的过电压。 ■内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过 程，包括 ◆换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管 在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在 器件两端感应出过电压。 ◆关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件 关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件 两端感应出的过电压。