电力电子器件驱动电路

驱动电路得比较

电力电子器件得驱动电路就是电力电子主电路与控制电路之间得接口,就是

电力电子装置得重要环节,对整个装置得性能有很大得影响。电力电子器件对驱

动电路得一般性要求

①驱动电路应保证器件得充分导通与可靠关断以减低器件得导通与开关损耗。

②实现与主电路得电隔离。

③具有较强得抗干扰能力,目得就是防止器件在各种外扰下得误开关。

④具有可靠得保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时(如过电流与驱

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

器件得安全。

按照驱动电路加在电力电子器件控制端与公共端之间信号得性质,可以将电力电

子器件分为电流驱动型与电压驱动型两类。晶闸管就是半控型器件,一般其驱动

电路成为触发电路,下面分别分析晶闸管得触发电路,GTO、GTR、电力MOSFET

与IGBT得驱动电路。

1晶闸管得触发电路

晶闸管得触发电路得工作原理如下:

1 由V1、V2构成得脉冲放大环节与脉冲变压器TM与附属电路构成得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得门极与阴极之间输出触发脉冲。

3 VD1与R3就是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存得能量而设得。

4 为了获得触发脉冲波形中得强脉冲部分,还需适当附加其它电路环节。

晶闸管得触发电路特点:触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通,有足够得幅值也不能超过晶闸管门级得电压、电流与功率定额等参数。

2 GTO驱动电路

GTO得开通控制与普通晶闸管相似,下图为典型得直接耦合式GTO驱动电路,其工作原理可分析如下:

1 电路得电源由高频电源经二极管整流后提供,VD1与C1提供+5V电压,VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压,VD4与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与R4提供门极负偏压。GTO驱动电路得特点:触发脉冲前沿得幅值与陡度要足够,在整个导通期间都施加正门极电流。避免电路内部得相互干扰与寄生振荡,可得到较陡得脉冲前沿;缺点就是功耗大,效率较低。

3GTR得驱动电路

下图为GTR得一种驱动电路,其包括电气隔离与晶体管放大电路两大部分,本电路得特点就是:当负载较轻时,如果V5得发射极电流全部注入V,会使V过饱与,关断时退饱与时间延长。但就是VD2与VD3构成贝克钳位电路可避免上述情况得发生。

开通得基极驱动电流应使其处于准饱与导通状态,使之不进入放大区与深饱与区。

关断时,施加一定得负基极电流有利于减小关断时间与关断损耗,关断后同样应在基射极之间施加一定幅值(6V左右)得负偏压。

4MOSFET管驱动电路

下图给出了电力MOSFET管得一种驱动电路,也包括电气隔离与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电压高于一定得值,就可以了。这个很容易做到,但就是,我们还需要速度。

在MOS管得结构中可以瞧到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管得驱

动,实际上就就是对电容得充放电。对电容得充电需要一个电流,因为对电容充电

瞬间可以把电容瞧成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第

一要注意得就是可提供瞬间短路电流得大小。第二注意得就是,普遍用于高端驱

动NMOS,导通时需要就是栅极电压大于源极电压。而高端驱动得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大得电压,就要专门得升压电路了。很多马达驱

动器都集成了电荷泵,要注意得就是应该选择合适得外接电容,以得到足够得短路

电流去驱动MOS管。

◆使电力MOSFET开通得栅源极间驱动电压一般取10~15V,使IGBT开通得栅射极间驱动电压一般取15 ~ 20V。

◆关断时施加一定幅值得负驱动电压(一般取-5 ~ -15V)有利于减小关断时间与关断损耗。

5IGBT得驱动电路

IGBT得驱动多采用专用得混合集成驱动器,例如三菱公司得M579系列、富士公司得EXB系列等。由于IGBT得开关特性与安全工作区随着栅极驱动电路得变化而变化,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得要求:

①驱动电压脉冲得上升率与下降率要充分大。

②IGBT导通后,栅极驱动电路提供给IGBT得驱动电压与电流要有足够得幅度。

瞬时过载时,栅极驱动电路提供得驱动功率要足以保证IGBT不退出饱与区而损

坏。

③IGBT得栅极驱动电路提供给IGBT得正向驱动电压十VGE要取合适得值,特

别就是具有短路工作过程得设备中使用IGBT时,其正向驱动电压更应选择所需

要得最小值。

④IGBT得关断过程中,栅一射极间施加得负偏压有利于IGBT得快速关断,但也

不宜取得过大。(一般取-10V)

⑤在大电感负载得情况下,过快得开关反而就是有害得,大电感负载在IGBT得快速开通与关断时,会产生高频且幅值很高而宽度很窄得尖峰电压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。

⑦IGBT得栅极驱动电路应尽可能地简单、实用,应具有IGBT得完整保护功能,很强得抗干扰能力,且输出阻抗尽可能地低。

⑧驱动电路得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得短,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得栅一射极。

⑨同一电力电子设备中,使用多个不同电位得IGBT得时候,一定要使用光隔离器,解决电位隔离得问题。