电力电子器件驱动电路精编
电力电子器件的驱动
1.5 电力电子器件的驱动可控型电力电子器件（包括全控和半控）多为三端器件，其中有两个电极接主电路，如晶闸管的阳极和阴极、GTR的集电极和发射极。
工作时可承受很高的电压和通过很大的电流。
另一个电极起控制作用，如晶闸管的门极，MOSFET的栅极，在其上面施加一定的电压或通以适当的电流可以控制器件的通断。
较之主电路的电压或电流，这个起控制作用的电压或电流都很小，这种“以弱控强”的作用称之为驱动，与之相关的电路叫做驱动电路。
电力电子器件的结构和性能各不相同，对驱动信号的要求也不一样，这使得各种器件的驱动电路存在着很大的差异。
1.5.1 晶闸管驱动电路晶闸管为半控型电力电子器件，只能控制开通不能控制关断，因此在设计驱动电路时只考虑开通控制。
如前所述，晶闸管开通的条件是：（1）阳极与阴极之间加正向电压，阳极为正，阴极为负（这个电压一般很高）；（2）门极与阴极之间加一定数量的正向电压，门极为正，阴极为负（同时形成一定的门极电流）。
另外，晶闸管一旦导通，门极则失去控制能力，所以晶闸管的驱动信号只需一个电压和电流脉冲即可，但是脉冲的宽度要大于晶闸管的开通时间。
因此常把晶闸管的导通驱动叫做“触发”。
由图1-2可看出，晶闸管的门极和阴极之间为一PN结，控制信号相当于给这个PN结施加正向电压，那么电压U GK和电流I G之间就应表现出PN结正向特性的关系，但是，由于晶闸管的特殊要求导致设计和工艺上的差异，上述PN结和一般作为二极管使用的PN结的特性有很大的不同，主要表现在后者的正向伏安特性曲线基本上是一条斜率很大的指数曲线，并且同一型号产品基本都符合同一条曲线；而前者曲线的斜率有时会很小，且即使同一型号同一批量的产品，个别器件之间特性也存在着很大的离散性。
因此把某种型号的晶闸管门极伏安特性曲线中斜率最大的和最小的两条曲线标在UGK-IG平面，作为其门极伏安特性。
图1-20为晶闸管的门极特性，其中曲线AB为斜率最大的门极特性曲线，曲线FE为斜率最小的门极特性曲线，两线之间的扇型区域为可能出现的门极特性曲线的范围。
1.5电力电子器件的驱动
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1.5.3 GTR的驱动电路——驱动电路
驱动电路举例1
VT截止，GTR基极为负电位，保证可 靠截止；
当输入控制信号为低时，VT饱和导通， GTR基极为两个电源经过电阻分压以后 的电位，可以为正，令GTR饱和导通； 当输入控制信号为高时，VT截止，
负电源可在GTR基极形成负电位，产生 反向电流，加速其关断。关断后 GTR 基极为负电位，保证可靠截止； 缺点：GTR开通过程中，正向偏置电压 恒定，无法避免过饱和。
关断：仅仅关断V1和V2不行，必须有反向电流流通的电路。 触发晶闸管VT1、VT2导通，给门极和阴极间加上反向电压， 门极形成反向电流。电流方向：电源正极，VT2，GTO阴极、 GTO门极、电感、VT1，电源负极。其中电感的作用是限制电流的 上升率（VT1和VT2的保护）。
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1.5.3 GTR的驱动电路——要求
iG
GTO的驱动波形
t 0
6
1.5.2 GTO的驱动电路——要求
对触发电流的波形的要求： ④ 关断门极电流的上升沿要陡， 一般要求关断门极电流的上 升率为10—50A/μs。 ⑤ 关断门极电流脉冲要有一定 的幅度，该幅度与欲关断的 阳极电流的大小和关断增益 βOFF有关。 ⑥ 关断脉冲要有一定的宽度， 从而保证可靠关断
对GTR驱动的要求： ① 在使GTR从阻断转为导通过程中，IB I 的幅度要足够大，以使得GTR尽快导 c 通并进入饱和状态，这样可以减少 GTR的开通损耗。 ② GTR导通后，必须有一定的基极 电流来维持，这个电流必须GTR 工作在饱和状态，但又不能过大 使GTR进入深度饱和，以免增加 关断GTR的难度，同时基极电流 过大也会使GTR的基极功耗增加， 这同样是应该避免的。
1.5电力电子器件的驱动解读
放大区 ib3 ib2 ib1
ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce
9
1.5.3 GTR的驱动电路——要求
对GTR驱动的要求： ③ 关断GTR的过程中应提供反向基极电流，抽取器件内部 的载流子，使GTR快速关断。 ④ 当GTR处于阻断状态时最好在其基极-发射极之间加一定的 反向电压，增加GTR的阻断能力和防止误导通。
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1.5.3 GTR的驱动电路——驱动电路
驱动电路举例2 关断过程动态分析：即u=0->1， VT1、VT2截止，VT3导通，刚导 通瞬间，电容电压不能突变（左 正右负），所以GTR基极电压相 当于电容电压与-VEE串联，GTR基 极电位低于-VEE，加速其关闭。
可见电容的作用：加速导通， 并且避免过饱和。加速关断过程。 简称加速电容。
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1.5.4 功率场效应管的驱动电路-3
图为一种简单的磁耦合驱动电路。 晶体管VT导通时脉冲变压器的初 级线圈中电流上升，使得次级感应 出上正下负的电压，该电压通过二 极管VD1为MOSFET的输入电容充 电，使MOSFET导通。VT关断时 脉冲变压器初级的电流下降，次级 线圈中感应出上负下正的电压，使 MOSFET的输入电容反向充电，栅 -源之间的电压由正变负， MOSFET关断。
iG
GTO的驱动波形
t 0
6
1.5.2 GTO的驱动电路——要求
对触发电流的波形的要求： ④ 关断门极电流的上升沿要陡， 一般要求关断门极电流的上 升率为10—50A/μs。 ⑤ 关断门极电流脉冲要有一定 的幅度，该幅度与欲关断的 阳极电流的大小和关断增益 βOFF有关。 ⑥ 关断脉冲要有一定的宽度， 从而保证可靠关断
电力电子技术第三章 全控型器件的驱动
第三节 电力电子器件的缓冲电路
如果缓冲电容较大则τ较大，当集电极电流下降到零以后，集电极 电压才逐渐上升至电源电压，如图3⁃21c中虚线所示；若缓冲电容 较小，则τ较小，集电极电压上升较快。两种情况的瞬时关断损耗 是不同的，缓冲电容越大瞬时关断损耗越小。
第二节 电力电子器件的保护
1)快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压有效值。 2)快速熔断器额定电流应大于或等于熔体的额定电流，如图3-16a所 示。 式中 IT(AV)——被保护晶闸管的额定电流；
第二节 电力电子器件的保护
2.电子线路控制的过流保护 如图3⁃17所示电路，它可在过电流时实现对触发脉冲移相控制，也 可在过电流时切断主电路电源，达到保护目的。其过程是：通过电 流互感器T检测主回路的电流大小，一旦出现过电流时，电流反馈电 压Ufi增大，稳压管VS1被击穿，晶体管V1导通。一方面由于V1导通， 集电极变为低电位，VS2截止输出高电平去控制触发电路，使触发脉 冲迅速往α增大的方向移动，使主电路输出电压迅速下降，负载电流 也迅速减小，达到限制电流的目的。
第二节 电力电子器件的保护
3z14.tif 3z15.tif
第二节 电力电子器件的保护
二、过电流保护 由于电力电子器件管芯体积小、热容量小，特别是在高电压、大 电流应用时，结温必须受到严格的控制，当晶闸管中流过大于额 定值的电流时，热量来不及散发，使得结温迅速升高，最终将导 致结层被烧毁。
1.快速熔断器保护 快速熔断器保护是最简单有效的过电流保护元件。快速熔断器的熔 体是由银质熔丝埋于石英砂内。它与普通熔断器相比，具有快速熔 断的特性，在通常的短路过电流时，熔断时间小于20ms，可在晶闸 管损坏之前快熔，切断短路故障。
电力电子技术第2章 电力电子器件的驱动与保护
(b) (a)
图2-1 光电耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
✓磁隔离的元件通常是脉冲变压器。
(c)
R：限流电阻
电力电子技术
4
2.1 电力电子器件的驱动电路
驱动电路分类
按驱动信号性质，可分为电流驱动型和电压驱动型。 具体形式可为分立元件、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。 首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。
2.1.1 晶闸管触发电路
VD11
~VD
14
220 V 36V
+15 V
R15
C7 + C6 B
VD 15
+Vc + 15 V
VD 7
TP VD8
R18
R14 R
13
VD9
脉冲信号
C5
R16
VD6
VT7
VT8
电力电子技术
21
2.1.1 晶闸管触发电路
同步信号为锯齿波的触发电路工作波形
u ST
ωt
R15
图2-3b）磁耦合隔离的晶闸管驱动电路
前进
电力电子技术
12
2.1.1 晶闸管触发电路
3. 同步信号为锯齿波的触发电路
该电路可分为：脉冲形成与放大、锯齿波形成及脉冲移相、同步信 号处理
三个基本环节，以及双脉冲形成、强触发等环节。
同步 信号 同步
信号 处理
uK
锯齿 波形
成
脉冲 移相 控制
脉冲 形成 (单稳 态）
由阻断转为导通。 ✓触发信号可以是交流形式，也可直流形式，但它们对门极-阴极来 说必须是正极性的。 ✓为了减少功率，触发信号通常采用脉冲形式。 ✓往往包括相位控制电路。
GTO驱动电路
GTO驱动电路门极可关断晶闸管GTO驱动电路1.电⼒电⼦器件驱动电路简介电⼒电⼦器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接⼝，可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。
驱动电路的基本任务：按控制⽬标的要求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。
门极可关断晶闸管简称GTO, 是⼀种通过门极来控制器件导通和关断的电⼒半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应⽤的关键技术之⼀是其门极驱动电路的设计。
门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，⽽门极关断技术应特别予以重视。
门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较⼤，与普通晶闸管接近，因⽽在兆⽡级以上的⼤功率场合仍有较多的应⽤。
2.GTO驱动电路的设计要求由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不⾼。
GTO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。
⽤理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提⾼开关速度，减少开关损耗。
GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很⼤幅度的负脉冲电流使其关断。
因此全控器件GTO的驱动器⽐半控型SCR复杂。
门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, ⽽且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, ⼯作频率、最⼤重复可控阳极电流等⼀系列重要指标。
门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。
GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流⽐普通晶闸管⼤得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要⼤⼤加宽。
此外, 普通晶闸管的通态压降⽐较⼩, 当其⼀旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降,门极通常仍需保持⼀定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗⽐普通品闸管的触发电路要⼤的多。
全控型电力电子器件的驱动电路(精)共21页文档
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。8、吁嗟身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
电力电子技术：第8章 电力电子器件的驱动电路和缓冲电路
• 门脉压极冲为关信15断号V，电时C路，3的由T2电导功容通率量，MO较CS3大为F，EGTT有管O2T提020及供0µC负F3的、，脉R可5冲以等电关构流断成，3。0使当0AGT/12T基2O0极关0V有断的关。G断CT3O信的。号充o电ff正电
8.3 Gate drive circuit of power MOSFET MOSFET的门控电路
Power Electronics
Chapter 8 Drive Circuits and Snubbers of
Power Electronic Devices 第8章 电力电子器件的驱动电路和缓
冲电路
Drive circuit 驱动电路
Basic function of drive circuit:
Integrated trigger circuit 集成触发电路
KC04 circuit
KC04电路图
Waveform
波形
Function 功能
（1）同步环节 （2）锯齿波发生器 （3）移相环节 （4）脉冲形成 （5）脉冲分选环节
Application circuit 应用电路
Single-phase trigger circuit of KC04
Protection function 保护功能
R6、D3、D4构成了功率MOSFET的过流保护部分。 当功率MOSFET正常导通时，漏极D的电位低于D4阴极A点的电位，即UA＞UD，此时 电阻R6中的电流经D3流入漏极。 当发生短路和过载时，功率MOSFET的漏极电压会自动升高（即管压降加大），使 UD＞UA，R6中的电流流向D4和R8，使A点电位随之升高，以致T2截止，T3、T4也随 之截止，迫使功率MOSFET关断。
电力电子器件及其驱动电路
PN结的反向击穿
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿
PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应， 称为结电容CJ，又称为微分电容。结电容按其产生 机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD
2.1.1 PN结与电力二极管的工作原理
A
K
A I
P J b)
N
K
K
A a)
பைடு நூலகம்
c)
图2－1
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b)二极管的工作原理
N 型半导体和P 型半导体结合后构成 PN 结。交界处电子和空穴的 浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内 成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动 的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷）。空间 电荷建立的电场被称为内电场或自建电场，其方向是阻止扩散运 动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子） 向本区运动，即漂移运动。扩散运动和漂移运动既相互联系又是 一对矛盾，最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值， 形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区， 按所强调的角度不同也被称二极管的工作原理
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电力器件驱动
1.IGBT的栅极驱动电路 的栅极驱动电路
①采用脉冲变压器隔离的栅极驱动电路：
22
②推挽输出栅极驱动电路：
采用光耦合隔离的由T1、T2组成的推挽输出栅极驱动电路。当控制脉冲 使光耦合关断时，光耦合输出低电平，使T1截止，T2导通，IGBT在DW1的反 偏作用下而关断。当控制脉冲使光耦合导通时，光耦合输出高电平，T1导通， T2截止，经UCC、T1、RG产生的正向电压使IGBT开通。
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1.GTR的基极驱动电路 的基极驱动电路
GTR基极驱动电路的作用是将控制电路输出的控制信号放大到足 够大，足以保证GTR可靠导通和关断的程度。基极驱动电流的各项参数 直接影响GTR的开关性能。因此根据主电路的需要，GTR的基极驱。
驱动电路与GTR（T6）直接耦合， 控制电路用光耦合实现电隔离，正负 电源（＋UC2和－UC3）供电。当输入 端S为低电位时，T1～T3导通，T4、T5 截止，B点电压为负，给GTR基极提 供反向基极电流，此时GTR（T6）关 断。当S端为高电位时，T1～T3截止， T4、T5导通，T6流过正向基极电流， 此时GTR开通。
13
3.1.3 大功率晶体管（GTR） 大功率晶体管（ ）
大功率晶体管，又可称为电力晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 通常指耗散功率（或输出功率）1W以上的晶体管。所以它的电气符号与 普通晶体管相同。
GTR有以下应用特点：
①具有自关断能力。 ②能在较高频率下工作 GTR存在二次击穿的问题，管子裕量要考虑足够一些。
23
③专用集成驱动电路
EXB系列IGBT专用集成驱动模块是日本富士公司出品的，它们性 能好、可靠性高、体积小，得到广泛应用。EXB850、EXB851是标准型， EXB840、EXB841是高速型，它们的内部框图如图所示。
第五章 电力电子技术 驱动电路
IGBT模块的驱动
1、栅极驱动电压 开通时，建议15V的正栅极电压，不超出12V至20V 为 了噪声时保持关断，施加关断反向偏压，采用关断反向 偏压还减少了关断损耗。反向偏压在5V-15V范围内。 2、栅极串联电阻 数值较小的电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小 开关时间和开关损耗 ;dv/dt在栅极电阻间产生电压，可 导致IGBT误开通 较小的栅极电阻它只能承受较小的栅极噪声并导致产 生振荡问题 ; 还使得开通di/dt变大。这会导致较高的 dv/dt，增加了FWD恢复时的浪涌电压
二、理想驱动电流波形
驱动电路举例
功率MOSFET的驱动电路
MOSFET是电压控制器件，栅极输入阻抗很高，一般在109 范围内。驱动电路功耗很小，电路设计非常简单，有时可直接 用MOSFET器件为了尽量减小开关时间，常采用射极跟随器来 驱动MOSFET 当输入信号为高电平时，VT1导通。VT2截止，电源加到 栅极上，使MOSFET导通。当输入信号为低电平时，VT1截止， VT2导通，使MOSFET迅速截止。 稳压管VS保护栅极免受从漏极耦合过来的高电压。
第五章 驱 动 电 路
一、大功率晶体管驱动电路
驱动电路基本要求 理想驱动电流波形 驱动电路举例
二、功率栅极驱动电压 栅极串联电阻 IGBT模块的保护
dv/dt保护 短路保护
大功率晶体管驱动电路
一、基极驱动电路的基本要求
开关时间小 导通管压降小但不深饱和 关断阻断电压高
电力电子器件的驱动控制电路
GTR集成驱动电路很多，可以参考相关资料，常用的 有UAA4002、UAA4003、M57215BL等
10
电力电子器件的驱动控制电路*
典型的P-MOSFET和IGBT驱动电路
P-MOSFET和IGBT的驱动电路大多可以互换通用 光电隔离P-MOSFET和IGBT驱动电路
光电耦合器隔离信号 比较器整形脉冲 推挽电路增强驱动电流
晶闸管的隔离驱动电路
光电隔离驱动 磁耦合隔离驱动
6
电力电子器件的驱动控制电路*
典型GTR驱动电路 理想驱动波形
开通初期利用过驱动加速开通 采用浅饱和方式维持导通 关断初始阶段采用基极强
抽流加速关断 基极零电流或轻反压维持
关断
7
电力电子器件的驱动控制电路*
光电隔离GTR驱动电路
IR2110应用电路
13பைடு நூலகம்
电力电子器件的驱动控制电路*
集成化P-MOSFET和IGBT驱动电路
EXB841应用电路
14
电力电子技术
电力电子技术
电力电子器件的驱动控制电路*
单结晶体管触发电路
单结晶体管特性
发射极e、第一基极b1、第二基极b2 下部基区电阻rb1受e、 b1间电压控制
2
电力电子器件的驱动控制电路*
➢
截止区ap段： U e
rb
rb 1 1 rb
2
U
b
b
➢ 负阻区PV段： Ue过P点， Ue减小Ie增大
➢ 饱和区VN段：正阻特性
3
电力电子器件的驱动控制电路*
单结晶体管触发电路 VS削波形成uT波形 电容C充放电形成锯齿波 RP调节充放电时间
4
晶闸管集成化触发电路
电力电子器件驱动电路
• GTO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。
O
t
5V的负偏压
iG
正的门极电流
O
t
图7-4 推荐的GTO门极电压电流波形
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。
目前应用较广，但其功 耗大，效率较低。
01
图7-5 典型的直接耦合式 GTO驱动电路
02
+5V
03
04
15V
05
+15V
7.1.1 电力电子 器件驱动电路概
述
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，使之不进入放大 ib 区和深饱和区。
• 关断GTR时，施加一定的负基极 O
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。
0
驱动电路的基本任务：
2
按控制目标的要求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。
7.1.1 电力电子器件驱动电路概述
驱 一
动般ID 采电用路光还IC隔要离提E或供磁控隔制离电。路
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
第一章电力电子器件与驱动保护电路
第一章电力电子器件与驱动保护电路第一节功率二极管一、常用功率二极管的分类1. 普通二极管（General Purpose Diode）又称整流二极管（Rectifier Diode），多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5μs以上，这在开关频率不高时并不重要。
正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。
2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode—— FRD）恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5μs以下）的二极管，也简称快速二极管，工艺上多采用了掺金措施。
适用于中等电压和电流范围，多用作高频开关使用。
3. 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode——SBD）以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。
它具有低导通电压和极短的开关时间。
但反向漏电流大和阻断电压低是其缺点，主要用于高频、低压的场合。
二、功率二极管的特性1、静态伏安特性当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。
与正向电流IF 对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。
当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
2、快速二极管的动态特性(软恢复)因结电容的存在，开与关状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压——电流特性是随时间变化的。
开关特性反映通态和断态之间的转换过程。
关断过程：（图a）须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。
在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
t F 时刻加反向电压，正向电流开始下降，下降速率由反向电压大小和电路电感决定，管压降由于电导调制效应基本不变，直至正向电流降为零的时刻t 0。
此时由于PN 结两侧空间电荷区的电荷储存效应而不能恢复阻断，外加电压抽取电荷形成较大反向电流，在空间电荷区附近电荷即将抽尽时管压降变负，于是开始抽取离空间电荷区较远的电荷，因而在管压降极性改变后不久的t 1 时刻反向电流开始从最大值下降，空间电荷区展宽，二极管开始重新恢复反向阻断能力。
电力电子器件驱动电路精编
驱动电路的比较电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。
电力电子器件对驱动电路的一般性要求①驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以减低器件的导通和开关损耗。
②实现与主电路的电隔离。
③具有较强的抗干扰能力，目的是防止器件在各种外扰下的误开关。
④具有可靠的保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时（如过电流和驱动电路欠电压等），驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障器件的安全。
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。
晶闸管是半控型器件，一般其驱动电路成为触发电路，下而分别分析晶闸管的触发电路，GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT的驱动电路。
1晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路的工作原理如下：1由VI、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。
2当VI、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。
3 VD1和R3是为了VI、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。
4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。
晶闸管的触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通，有足够的幅值也不能超过晶闸管门级的电压、电流和功率定额等参数。
2 GTO驱动电路GTO的开通控制与普通晶闸管相似，下图为典型的直接耦合式GTO驱动电路，其工作原理可分析如下：GTOQ VD3o --------50kIIz v50V Jo --------1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T5V电压。
2VI开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部分；3V2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。
5电力电子器件驱动电路
4.2.1 过电压的产生及过电压保护
Ca Ra
Ca Ra
网侧
Ca Ra
Ca Ra
直流侧 阀侧
Rdc Cdc -
a)
+
-
图1-35
Rdc
Cdc +
b)
•图1-35 RC过电压 抑制电路联结方式
a) 单相 b) 三相
4.2.1 过电压的产生及过电压保护
大容量电力电子装置可采用图1-36所示的反向阻断式RC电路
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
ID
IC E
R
R1
R
Uin
Uout
E
R1
R
E R1
a)
b)
c)
图1-25 光耦合器的类型及接法
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
4.1.1 电力电子器件驱动电路概述
➢ 电流驱动型和电压驱动型
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
4.1.2 晶闸管的触发电路
+E1
+E2 TM VD2 R4
VD1 VD3
R1
R3
V1
R2
V2
图1-27 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
➢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
交流断路器
变压器 电流互感器 快速熔断器 变流器 直流快速断路器 负载
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电力电子器件驱动电路精
编
Jenny was compiled in January 2021
驱动电路的比较
电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。
电力电子器件对驱动电路的一般性要求
①驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以减低器件的导通和开关损耗。
②实现与主电路的电隔离。
③具有较强的抗干扰能力，目的是防止器件在各种外扰下的误开关。
④具有可靠的保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时(如过电流和驱动电路欠电压等)，驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障器件的安全。
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。
晶闸管是半控型器件，一般其驱动电路成为触发电路，下面分别分析晶闸管的触发电路，GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT的驱动电路。
1晶闸管的触发电路
晶闸管的触发电路的工作原理如下:
1 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。
2 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。
3 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。
4 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。
晶闸管的触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通，有足够的幅值也不能超过晶闸管门级的电压、电流和功率定额等参数。
2 GTO驱动电路
GTO的开通控制与普通晶闸管相似，下图为典型的直接耦合式GTO驱动电路，其工作原理可分析如下：
1 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。
2 V1开通时，输出正强脉冲；V2开通时，输出正脉冲平顶部分；
3 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。
GTO驱动电路的特点：触发脉冲前沿的幅值和陡度要足够，在整个导通期间都施加正门极电流。
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。
3GTR的驱动电路
下图为GTR的一种驱动电路，其包括电气隔离和晶体管放大电路两大部分，本电路的特点是：当负载较轻时，如果V5的发射极电流全部注入V，会使V过饱和，关断时退饱和时间延长。
但是VD2和VD3构成贝克钳位电路可避免上述情况的发生。
V
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。
4MOSFET管驱动电路
下图给出了电力MOSFET管的一种驱动电路，也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。
跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。
这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。
选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驱动NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。
而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或
10V。
如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。
很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
◆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。
5IGBT的驱动电路
IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器，例如三菱公司的M579系列、富士公司的EXB系列等。
由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能不好常常导致器件损坏，IGBT对驱动电路有许多特殊的要求：
①驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大。
② IGBT导通后，栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度。
瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏。
③ IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压十VGE要取合适的值，特别是具有短路工作过程的设备中使用IGBT时，其正向驱动电压更应选择所需要的最小值。
④ IGBT的关断过程中，栅一射极间施加的负偏压有利于IGBT的快速关断，但也不宜取的过大。
(一般取-10V)
⑤在大电感负载的情况下，过快的开关反而是有害的，大电感负载在IGBT的快速开通和关断时，会产生高频且幅值很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt，该尖峰不易吸收，容易造成器件损坏。
⑥由于IGBT多用于高压场合，所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。
⑦ IGBT的栅极驱动电路应尽可能地简单、实用，应具有IGBT的完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗尽可能地低。
⑧驱动电路的栅极配线走向应与主电流线尽可能远，同时驱动电路到IGBT模块栅一射引线应尽可能的短，采用双绞线或同轴电缆屏蔽线，并从栅极直接接到被驱动IGBT的栅一射极。
⑨同一电力电子设备中，使用多个不同电位的IGBT的时候，一定要使用光隔离器，解决电位隔离的问题。