1电力电子器件-第5讲

➢ 快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种 (1) 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。 (2) 短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。
➢ 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用 电子电路进行过电流保护。
➢ 常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快 。
电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。 其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓 冲电路范畴。
(1-17)
过电压保护措施 （1）用RC抑制过电压
利用电容两端电压不能突变，抑制过电压。但为防止电容放电时通过 SCR的电流过大和抑制振荡，需串入电阻，从而构成了阻容保护电路。
①交流侧的阻容保护 可参考“电力电子技术题例与电路设计指导”145-153页。 这里需要注意的是电容的耐压和电阻的功率。 ②元件两端的阻容保护 主要抑制器件关断时反向电流消失过快而产生的过电压。 RC参数选择的参考书同上，第148页。 （2）用压敏电阻抑制过电压 压敏电阻RV :是一种由氧化锌、氧化铋等烧结制成的非线性元件， 称金属氧化物压敏电阻，简称压敏电阻。 正常电压时呈高阻状态，仅有很小的漏电流（μA级），出现过压 时，它很快变成低阻状态，通过很大的浪涌电流，把过电压吸 收掉，过电压过后，一切恢复正常。 压敏电阻的选择见上述参考书，第146-147页。
目前应用较广，但其功耗大， 效率较低。
典型的直接耦合式GTO驱动电路
变压器二次侧N2、N3 的电压满足如下要求
• uN2正半周，经VD1使C1充上+5V电压。
• uN2负半周，经 VD2使C2充上10V电压。
• uN2下一正半周，经VD3使C3充上＋15V电压。
• VD4和电容C4提供-15V电压。
工作过程： A高电平，V1、2通，V3止，V4、5通，V(GTR)通。 A低电平， V1、2止， V3通，V4、5止。在 UC2作用下， V6导通， V反偏截止，VS通，使V截止更可靠。 二极管VD2和VD3构成贝克箝位电路（即抗饱和电路），使集电极电位低于基极电
位时，VD2会自动导通，使Vce维持在0.7V，使GTR处于准饱和状态。
(1-21)
➢ 采用快速熔断器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： (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 ,但熔丝电流容量应大于正常时线路中电流有效值。
(3)快熔的I 2t值应小于被保护器件的允许I 2t值。
过电压保护措施
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
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。
(1-14)
4 IGBT的驱动电路（多采用专用的混合集成驱动器）
4 VCC
4.7k
14
检测电路
1 检测端
定时及
8 1
快恢复 trr≤0.2 s
(1) 电压状态识别保护 • 当BJT、GTO、IGBT等电力电子器件处于过载或短路故障状态时,随着
集电极电流或阳极电流的增加,其集射极电压UCE或阳极阴极的电压 UAK均发生相应变化, BJT的基射极电压UBE也发生变化，可利用这一 特点对BJT等自关断器件进行过载和短路保护。
• V1开通时，输出正强脉冲，GTO导通。
• V2开通（ V1关）时输出+5V电压，保证可靠导通。
• V2关断而V3开通时输出负脉冲，使GTO关断。
• V3关断后R3和R4提供约－5V门极负偏压，保证可靠关断。
(1-8)
（1）恒压源关断控制 （2）变压源关断控制
恒压源关断控制电路
变压源关断控制电路
uG
GTO关断控制需施加 O 负门极电流。
t
5V的负偏压
GTO驱动电路通常包括 iG 开通驱动电路、关断驱 动电路和门极反偏电路 O
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1-28
正的门极电流
t
推荐的GTO门极电压电流波形
(1-7)
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。
● RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式见下图
RC过电压抑制电路联结方式 a)单相 b) 三相
大容量电力电子装置可采用图1-36所示的整流式RC电路
电力电子装置
过电压抑制电路
R1
C2 R2
C1
图1-36 整流式过图电1压-抑36制用RC电路
保护电路参数计算可参考相关书籍和工程手册 也可选用金属氧化物压敏电阻、硒堆等非线性元器件吸收过电压
流波形
流）和陡度（大于10V/us或800mA/us）t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s）
不超过门极电压、电流和功率定额， 且在可靠触发区域之内。
t1~t3强脉宽度 IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4脉冲宽度 I脉冲平顶
有良好的抗干扰性能、温度稳定性及
幅值（1.5IGT~2IGT）
与主电路的电气隔离。
1.4 电力电子器件的驱动电路 0 电力电子器件驱动电路概述
驱动电路
1）、驱动电路功能：是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，提高运行效率、对装置的可靠性和安全性都有重要的意义。
2）、驱动电路的基本任务： – 将信息电子电路传来的信号，转换为电力电子器件所要求的开通或关 断的信号，及必要的隔离电路。 – 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。
(1-5)
常见的晶闸管触发电路
V1、V2构成脉冲放大环 节。 脉冲变压器TM和附属电 路构成脉冲输出环节。 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。
常见的晶闸管触发电路
(1-6)
2 GTO的驱动电路
(1) GTO
GTO 的 开 通 控 制 与 普
通晶闸管相似。
1.4 电力电子器件的保护
电力电子器件的过载能力差，短时间的过压、过流均会造成器件损坏。 因此保护则成为保证器件可靠运行的重要一环。
1 过电压保护
电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压 外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因
操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 浪涌过电压：由雷击引起（避雷器、压敏电阻）
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。
(1-3)
5）、集成驱动模块的特点
驱动电路可输出要求的驱动电流，确保快速有效 的导通和关断，缩短存储时间。 导通时监控集射极饱和压降，自动调节功率开关 管驱动电流，维持功率开关管处于临界饱和状态。 可串联电阻检测集电极电流，实现过流保护。 电源正负电压检测，热保护，欠压保护功能。 有的还具有高速输入输出隔离功能。 防止直通现象发生。
复位电路
+5V 14
30V 5
接口 电路
门极 关断电路
5 uo 8 故障指示
ui
4 M57962L
13
1
3.1
+15V 100F
100F
13
6 VEE
6
-10V
M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图
● 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） ●内部具有退饱和检测和保护环节，当发生过电流时能快速响应但慢速关断IGBT， 并向外部电路给出故障信号。 ● M57962L输出的正驱动电压均为+15V左右，负驱动电压为 -10V。
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。
4 MOSFET的驱动电路
电压驱动型器件的驱动电路特点
电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 触发脉冲前后沿要陡峭（足够快的上升、下降速度） 使MOSFET开通的驱动电压一般10~15V（多用10V），使IGBT开通 的驱动电压一般15 ~ 18V（多用15V）。（高于管子的开启电压） 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。 所需的驱动电流为栅极电容的充放电电流 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。 驱动电源需并联旁路电容，消除噪声，给负载提供瞬时电流，加快 开关速度。
(1-4)
1 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。
晶闸管导通条件？？
晶闸管驱动电路的要求
IM
驱动信号（交流，直流，脉冲）
I
t
驱动信号有足够的功率（驱动电压， 驱动电流）
t1 t2 t3
t4
理想的晶闸管触发脉冲电
驱动信号的宽度（消失前达到擎住电
(1-10)
GTR驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路两部分
+15V
A
V1Biblioteka R1R2R3V3 VD1