电力电子技术

• 图2-6为一双电源供电的门极驱动电路。该电路由门极导 通电路、门极关断电路和门极反偏电路组成，GTO的额定 参数为200A、600V。该电路可用于三相GTO逆变器。
图2-6 GTO门极驱动电路
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⑴ 门极导通电路：在无导通信号时，晶体管V1未导通，电容 C1被充电到电源电压，约为20V。当有导通信号时，V1导通， 产生门极电流。已充电的电容C1可以加速V1的导通，从而增加 门极导通电流的前沿陡度。与此同时，电容C2被充电，充电路 径为+20V电源→V1→GTO门极→GTO阴极→C2→电感L→二极 管VD→-20V电源，充电电压达40V。
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2.1.2 晶闸管的门极触发电路
晶闸管触发电路的作用是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。通常晶闸管的触发电 路还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路。
晶闸管触发电路应满足下列要求：
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(1)触发信号通常采用脉冲信号，这样可以减小门极损耗。
(2)触发脉冲要有足够的触发功率。触发脉冲电压、电流要在晶
⑵ 要用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电
压UGE的前后沿足够陡峭，减少IGBT的开关损耗。栅极驱动
源的功率也应足够，以使IGBT的开、关可靠，并避免在开通期
间因退饱和而损坏。
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⑶ 要提供大小适当的正反向驱动电压UGE。正向偏压UGE增大时 ，IGBT通态压降和开通损耗均下降，但若UGE过大，则负载短路 时其IC随UGE的增大而增大，使IGBT能承受短路电流的时间减小 ，不利于其本身的安全，为此，UGE也不宜选的过大，一般选UGE 为12~15V。对IGBT施加负向偏压（-UGE）可防止因关断时浪涌电 流过大而使IGBT误导通，但其值又受C、E间最大反向耐压限制， 一般取-5~-10V。
对电力MOSFET栅极驱动电路的主要要求是： ①触发脉冲的前后沿要陡。 ②栅极电容充放电回路的电阻值应尽量小，以提高电力MOSFET 的开关速度。 ③触发脉冲电压幅值应高于电力MOSFET的开启电压UGS（th）， 以保证其可靠开通，但应小于其栅源极击穿电压U（BR）GS（通常 为±20V）。 ④为了防止电力MOSFET截止时误导通，应在其截止时提供负的 栅源电压，该电压还应小于U（BR）GS。
闸管门极特性的可靠触发区域内，并留有一定的裕量。
(3)触发脉冲要有一定的宽度和陡度。触发脉冲宽度要保证触发
后的阳极电流能上升到擎住电流以上，一般和负载性质及主电路
形式有关。触发脉冲前沿陡度大于l0V／μs或800mA／μs。
(4)触发电路要具有抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气
隔离。
理想的触发脉冲电流波形如图2-2示。
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2.1.4 电力晶体管基极驱动电路
1. GTR对基极驱动电路的要求
⑴ 控制GTR开通时，驱动电流前沿要陡，并有一定的过冲电流
（Ib1），以缩短开通时间，减小开通损耗。 ⑵ GTR导通后，应相应减小驱动电流（Ib2），使器件处于临界
饱和状态，以降低驱动功率，缩短储存时间。
⑶ GTR关断时，应提供足够大的反向基极电流（Ib3），迅速抽
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图2-3出了常见的晶闸管触发电路。图a为采用脉冲变压器的磁隔离方 式，它由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成的 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是在V1、V2由导通变为截止时， 为脉冲变压器TM释放其储存的能量而设计的放电回路。为了获得触发脉冲 波形中的强脉冲部分，还需适当设置其它电路环节。图b为光隔离，工作原 理请读者自行分析。
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2.1.3 门极可关断晶闸管（GTO）门极驱动电路
门极驱动电路包括开通电路、关断电路和反偏电路，结构 示意图如图2-4所示。理想的门极驱动信号（电流、电压）波 形如图2-5所示，其中实线为电流波形，虚线为电压波形。波 形分析如下：
图2-4 门极驱动电路结构示意图
图2-5 GTO门极驱动信号波形
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取基区的剩余载流子，以缩短关断时间，减少关断损耗 ⑷ 应能实现主电路与控制电路之间的电气隔离，以保证安全，
提高抗干扰能力。 ⑸ 具有一定的保护功能。
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图2-7 理想的基极驱动电流波形
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2. GTR基极驱动电路实例
图2-8 GTR基极驱动电路
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2.1.5 电力场效应晶体管的栅极驱动电路
1. 栅极驱动的特点及要求
• 性能良好的驱动电路，可以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。
• 对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也常常设计在 驱动电路中，通过驱动电路来实现对器件或装置的保护， 这样驱动电路的设计就更加重要。
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驱动电路和主电路的电气隔离是很重要的，驱动电路 的工作电压比较低，一般在几十伏以下，而主电路的工 作电压可以高达数千伏以上，如果没有隔离措施，主电 路的高电压会直接危害驱动电路，驱动电路与主电路的 隔离一般是采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦 合器，磁隔离的元件通常是脉冲变压器。如图2-1所示。
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第二章 电力电子器件的辅助电路
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第二章 电力电子器件的辅助电路
第一节 电力电子器件的驱动电路 第二节 电力电子器件的缓冲电路 第三节 电力电子器件的保护电路 第四节 电力电子器件的串联与并联 第五节 电力电子器件的散热 本章小结
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2.1电力电子器件的驱动电路
• 电力电子器件的驱动电路是电力电子装置的重要环节，是 电力电子主电路与控制电路之间的接口，对整个装置的性 能有很大的影响。
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2. 栅极驱动电路实例
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2.1.6 绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动电路
IGBT是以GTR为主导组件、MOSFET为驱动组件的复合结 构器件，因此其栅极驱动电路与功率MOSFET的栅极驱动电路 有相似之处。
1．对IGBT栅极驱动电路的要求
⑴ IGBT的输入极为绝缘栅极，对电荷积聚很敏感，因此驱动 电路必须可靠，要有一条低阻抗的放电回路，驱动电路与IGBT 的连线应尽量短。
⑵ 门极关断电路：当有关断信号时，晶体管V2导通，C2经 GTO的阴极、门极、V2放电，形成峰值为90A、前沿陡度为 20A/μs、宽度大于10μs的门极关断电流。
⑶门极反偏电路：电容C3由-20V电源充电、稳压管VZ箝位， 其两端得到上正下负、数值为10V的电压。当晶体管V3导通时， 此电压作为反偏电压加在GTO的门极上。