IGCT门极驱动电路的原理分析

［参 考 文 献］
［4］李洪剑，王志强，余世科*1,-. 及1,-. 变频器［5］*半 导体技术，)$$"，)6（/）：7636)*
［作者简介］
郑小刚（46()8），男，工程师，安徽理工大学在读工程硕 士研究生，现工作于上海铁路局阜阳车辆段。
［收稿日期：)$$/8$"84#］
1,-.是在传统 ,.0技术基础上发展起来的，
极换向晶闸管即由此得名），也就是在阳极 E/E晶 体管实现前，阴极的 /E/ 晶体管已停止发射。综 上所述，"#$开通瞬时处于 /E/ 晶体管状态；导通 时为晶闸管状态；关断瞬间处于 E/E晶体管状态； 截止时也为 E/E晶体管状态。
# !"#$门极驱动电路
#&" 门极驱动单元框图 门极驱动单元方框图如图%所示。
［关键词］ !"#$；门极驱动电路；硬驱动 ［中图分类号］ $/(* ［文献标识码］ - ［文章编号］ %*0’1223(（’))+）)+1))*31)(
!前 言
在电力大功率应用领域中，对理想的功率半导 体器件有如下特性要求：电流容量大、开关速度快、 开关频率高、结构紧凑、阻断电压高、损耗低、可靠性 高、成本低。但在实际中，由于技术水平的局限，许 多功率半导体器件如 4#5、"$,、!"-$，虽有很大 进展，但在实际应用方面仍存在一些缺陷。在激烈 的市场竞争下，.-- 半导体公司推出了一种可以满 足这些要求的新型半导体功率开关器件一集成门极 换流晶闸管（!6789:;78<";78#=>>?7;78<$@A:BC7=:） 简称!"#$。它是做了重大改进的 "$,，反并联了 二极管以及集成门极驱动电路，再与其门极驱动器 在外围以低电感方式连接［%］。
H;BCRACRHFBIAC:FHFBIRBJ，%CFQCBJHA:SHIKBCKCKERSBH:AFC*2BJKPFCAC:EFP?H:AFCFL:;KTEF@KH: HFC:KC:JBCPJHFTKJ，:;KBE:AHIKKGBI?B:KPBCPBCBIS’KP:;KTEF@KH:FERBCA’B:AFCBCPIKBPKEJ;AT，CKHKJ3 JBESTFIAHS，RFGKECNKC:BINBCBRKNKC:BCPFTKEB:AFC，ACGKJ:NKC:BCPEKJ?I:J* :*.;&2<# 万：-方IK数BC据KCKERSBH:AFC；-;BCRACRHFBI:FHFBIRBJ；MGBI?B:AFCBCPBCBISJAJ
#&# 光接口 光控接口采用在工业生产中广泛使用的标准元
器件，它由 .9BF867技术生产的 GH-5 系列，推荐的 标准型号光纤 是 % >> E,H（ 塑 料 光 纤），既 经 济 又 便于使用。对于超过%+> 的长距离推荐使用’)) !> 的 G#4光纤（硬包层石英光纤）。
光接收器：.9BF867，GH-51’+’I型，光输入功率 E=6JC! D’% <->（% >> E,H），光 噪 声 功 率 E=KKJC"D3)<->，光脉冲宽度门槛7"L!$#G#3))6C， 对宽度#3))6C的光信号没有响应。
［收稿日期：)$$/8$#8$(］
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由于门极电路的电感很低，门极电流的上升极 快，这样就保证&’() 在运行温度范围内可靠而均 匀导通。因此，硬驱动原理有助于&’() 开通时的
可靠和 稳 定 性。阳 极 电 流 的 *+／*,也 可 以 相 应 提 高。从而减小*+／*,限制电抗器的尺寸和费用。
&’() 开通之后阳 极 电 流 不 会 马 上 流 通。 在 电 流源逆变器中二极管的关断有时会Hale Waihona Puke Baidu迟电流换向进
" !"#$的简单工作原理
!"#$由集成门极驱动电路和 "#$ 组成，其导 通与普通 "$, 一样，由于两晶体管中每一管集电 极电流同时就是另一管基极电流，故形成强烈正反 馈而使两者饱和导通，因而具有携带电流能力强和 通态压降低的特点；关断状态下，"#$ 门极D阴极 E/ 结提前进入反向偏置，并有效地退出工作，整个 器件呈晶体管方式工作，因此，在!"#$ 关断以前， 已从晶闸管结构转换为晶体管结构。
!结 语
具有 ,.0的制造成本低，成品率高的优点；又具有 1,2.的优点：关断均匀，开关速度快，通态损耗低， 对散热要求不高；门极驱动功率小，不须保护性的吸 收电路。1,-. 将 ,.0 技术与现代功率晶体管1,3 2.的优点集于一身，由于1,-. 在大功率电力电子 应用中公认的重要性，目前已开始在世界范围内掀 起了对1,-. 器件技术研究的热潮。
图3 通态门极驱动原理图
##
能源技术与管理
)$$/年第/期
控制在一定 的 水 平 上，!" 开 关 频 率 可 达 #$%&’! ($%&’。通态门极电流参考值由环境温度控制，环 境温度低，参考电流大，反之则小。
)*+*" 断态时的门极驱动 通过 闭 合 图 " 中 的 !#，整 体 的 阳 极 电 流 在
,-.开始建立阳极电压之前从 阴 极 换 流 至 门 极。 在此之前，通过断开图/中的 !/关断通态门极电 流。因此，可以避免著名的 ,.0 效应，例如阴极的 挤流效应和关断过程的电流传导不均匀。同时不使 用关断缓冲电路就可获得稳定的和低损耗的高关断 能力。
1,-.关断后，图 " 中 的 !# 继 续 处 于 闭 合 状 态，门极和阴极之间有)$! 反向电压，使1,-. 处 于可靠关断状态。
*3
能源技术与管理
’))+年第+期
!"#$ 门极驱动电路的原理分析
郑小刚!，"，谢 军#
（%&安徽理工大学 机械工程系，安徽 淮南 ’(’))%；’&上海铁路局阜阳车辆段，安徽 阜阳 ’(*)))； (&安徽职业技术学院 电气工程系，安徽 合肥 ’())+%）
［摘 要］ 在目前的中电压大功率应用领域，占主导地位的功率半导体器件有晶闸管、"$, 和!"-$ 等，这些传统的功率器件在 实 用 方 面 都 存 在 一 些 缺 陷。.-- 半 导 体 公 司 率先提出 了 一 种 新 型 功 率 半 导 体 器 件—!"#$。 它 的 关 键 思 想 是 将 改 进 结 构 的 "$, 与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低 电感方式连接。在性能上明显优于目前广泛使用的 "$, 和!"-$ 器件。着重对 !"#$ 门极驱动电路的结构和原理进行了介绍和分析。
光发射器：.9BF867，GH-51%+’I型；光输出功率 E=6CH!D%2<->，光噪声功率 E=KKCH"D+)<->。 #&$ !"#$的门极硬驱动原理 ’&(&% 硬驱动开通
!883年第3期
郑小刚等 &’()门极驱动电路的原理分析
.3
开通脉冲通过图 ! 的开通电路产生。先闭合 "#，"!，"$，在 %#，%!中建立起脉冲电流，当电流达 到一定幅值后，先断开 "!，然后再断开 "$，电感中 的电流换流至门极端子，脉冲电流波形如图$所示。
析，#:／;和):／;的锅炉改造方案可行，4:／;和4$
:／;的锅炉改造方案可行性不高。
［参 考 文 献］
［4］重庆市清洁能 源 行 动 领 导 小 组 办 公 室 9 重 庆 市 清 洁 能 源行动规划［=］9重庆：重庆市清洁能源行动领导小组 办公室，)$$)9
［作者简介］
欧春华（467$8），女，汉族，湖南长沙人，重庆大学硕士 研究生毕业，主要从事环境规划与环境管理方面的研究。
入工作中的&’()。开通脉冲的第二部分设计符合 换向的要求。
开通脉冲产生之前先断开图-中的开关 ".。
/01光管接收器；)01光发射器
图# 门极驱动单元方框图
图! 开通脉冲产生图
图- 断态和关断电路
!2$2$ 通态 当发出开通脉冲时建立起通态门极电流如图3
所示。通过电流反馈控制 "-斩波，将门极电流
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第+#页） 从表/可知，锅炉的吨位越大，改造锅炉所需投
入的资金也就越多，热效率也就越高，其中以$9/:／ ;的锅炉改造资金最少，为6万元，锅炉改造后热效 率也最低，为7$<；4$:／;的锅炉改造资金最多，为 #/万元，锅炉改造后热效率最高，能达到64<。经 过产出分析后发现，#:／;的改造锅炉获得的经济效 益最好，回收 期 限 最 短，为 # 年；其 次 为 ):／; 的 锅 炉，为(年；4:／;和4$:／;的改造锅炉的经济效益 最差，几乎不能产生经济效益。因此，就经济效益分
图$ 开通脉冲电流波形
!2$2! 硬驱动关断
如图-所示电路，当将 ".开通时，电容 (对门 极反向放电，将&’() 关断。由于电路的极低电感 （3到#345 取决于&’() 的型号）和大电容器组， &’() 对门6阴极端的电磁噪音不敏感。 !884与5&的’ 万(电方)感数相和据比更较小，的传电统容的器’)组7。驱动装置大约有
当门极电压反偏时，阻止阴极注入电流，全部阳 极电流瞬间（%!C）强制转化为门极电流，像一个失去 阴极正反馈作用的 /E/ 晶体管，阳极电流从门极 均匀流出 万，即方瞬数间据从导通态转变为阻断态（而 "$,
在导通态和阻断态之间有一个过渡态）。如想去掉
过渡的 "$, 区而关断，或者说使器件在晶体管模 式下关断，就必需在E基 / 发射结外施很高的负电 压，使阳极电流很快由阴极转移（或换向）至门极（门