电力电子器件课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章、电力电子器件,1.1 电力电子器件的基本模型,1.2 电力二极管(PD或SR),1.3 晶闸管(SCR),1.4 可关断晶闸管(GTO),1.5 电力晶体管(GTR),1.6 电力场效应晶体管(MOSFET),1.7 绝缘栅双极型晶体管(IGBT),1.8 功率模块,1.9 电力电子器件的驱动,第1章、电力电子器件 1.1 电力电子器件的基本模型,1,1.1 电力电子器件的基本模型,定义：,电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。,第1章,1.1 电力电子器件的基本模型第1章,2,在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象成下图1.1.1所示的理想开关模型，它有三个电极，其中,A,和,B,代表开关的两个主电极，,K,是控制开关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。,图,1.1.1,电力电子器件的理想开关模型,一、基本模型：,1.1 电力电子器件的基本模型,第1章,在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽,3,二、基本特性：,1.1 电力电子器件的基本模型,第1章,（,3,）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。,（,2,）电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来控制。,（,1,）电力电子器件一般都工作在开关状态。,二、基本特性：1.1 电力电子器件的基本模型第1章（3）在工,4,1.1.2,电力电子器件的种类,一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类：,不可控器件：,半控型器件：,全控型器件：,第1章,二、电力电子器件按控制信号的性质不同又可分为两种：,电流控制型器件：,此类器件采用电流信号来控制它的通,、,断。,电压控制型半导体器件：,这类器件采用电压信号来控制它的通、断。,1.1.2 电力电子器件的种类 一、按器件的开关控制特性可,5,1.2,电力二极管,第1章,1.2.1 电力二极管及其工作原理,电力二极管（Power Diode），属,不可控,电力电子器件。,基本工作原理与信息电子电路中的二极管一样。,以半导体PN结,为基础,单向导电性.,P,N,阳极,(A),阴极,(K),1.2 电力二极管 第1章1.2.1 电力二极管及其工作原理,6,1.2.2,、电力二极管的伏安特性,与 信息电子电路中的 二极管一样.,1.正向导通特性.死区电压,正向导通压降的概念.,2.反向截止特性.,3.反向击穿.,图,1.2.2,电力二极管的伏安特性曲线,伏安,特性曲线:,第1章,1.2.2、电力二极管的伏安特性与 信息电子电路中的 二极管,7,（1）普通二极管,：,普通二极管又称整流管（,Rectifier Diode,），多用于,开关频率较低,(一般在,KH,Z,以下)的整流电路中。,（2）快恢复二极管：,多用于,高频,整流和逆变电路中。,（3）肖特基二极管：,导通压降很低,典型值为0.40.6V。但,不能耐反向高压,。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中。,1.2.3、电力二极管的主要类型,第1章,（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier,8,1.2.4、,电力二极管的主要参数,（1）额定正向平均电流I,F(AV),第1章,指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端,的正向平均电压(又称管压降)。,（3）正向导通压降：,（2）反向重复峰值电压,RRM,：,指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压）,此电压通常为击穿电压U,的2/3。,1.2.4、电力二极管的主要参数（1）额定正向平均电流IF,9,1.3、,晶闸管,普通晶闸管：,也称可控硅整流管,(Silicon Controlled Rectifier),简称,SCR,。,。,第1章,1.3、晶闸管 第1章,10,1.3.1,晶闸管及其工作原理,晶闸管有,三个电极,它们是阳极,A,阴极,K,和门极,(,或称栅极,)G,它的电气符号如图,1.3.1(e),所示。,图,1.3.1,晶闸管的外型及符号,1、,晶闸管的符号：,第1章,1.3.1 晶闸管及其工作原理晶闸管有三个电极,它们是阳,11,晶闸管与电力二极管的对比：,相同点：都具有单向导电性。加正向电压导通，加反向电压截止。,不同点：,晶闸管要导通，除了加正向电压外，还要在门极加正向触发电流。,2、,晶闸管的工作原理,第1章,晶闸管与电力二极管的对比：2、晶闸管的工作原理第1章,12,2、,晶闸管的工作原理,(2)正向导通：,晶闸管阳极施加正向电压,给门极,G,也加正向触发电流,则晶闸管阳极,A,与阴极,K,之间导通。晶闸管导通后,此时,即使撤除,正向触发电流，晶闸管仍然能够维持导通,。,只能通过门极控制其开通，不能控制其关断，所以晶闸管称为,半控型器件,。,第1章,(1）正向阻断：,当晶闸管A、K间承受正向电压，而门极电流Ig=0时,晶闸管处于正向阻断状态。,(3)反向截止：,当晶闸管A、K间加反向电压时,晶闸管处于反向截止状态。,第1章,2、,晶闸管的工作原理,第1章,2、晶闸管的工作原理(2)正向导通：晶闸管阳极施加正向电压,13,1.3.2,晶闸管的伏安特性,定义：,晶闸管阳极与阴极之间的电压,U,a,与阳极电流,I,a,的关系曲线称为晶闸管的伏安特性。,第一象限是,正向特性,、第三象限是,反向特性,。,图,1.3.4,晶闸管阳极伏安特性,第1章,正向特性:,与二极管的正向特性相似.正向转折电压U,BO,对应于二极管的死区电压.触发电流Ig越大,正向转折电压越小.,1.3.2 晶闸管的伏安特性定义：晶闸管阳极与阴极之间的电,14,反向伏安特性也类似于二极管的反向特性。电流基本为0.,反向击穿电压.,图,1.3.4,晶闸管阳极伏安特性,反向特性：,第1章,反向伏安特性也类似于二极管的反向特性。电流基本为0.图1.3,15,1.3.3,晶闸管的开关特性,晶闸管的开通和关断过程电压和电流波形。,1.3.5,晶闸管的开通和关断过程波形,第1章,1.3.3 晶闸管的开关特性晶闸管的开通和关断过程电压和电流,16,延迟时间t,d,：,门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。,上升时间t,r,：,阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间。,开通时间t,gt,：,以上两者之和，t,gt,=t,d,+t,r,1.3.5,晶闸管的开通和关断过程波形,(1)开通过程：,第1章,延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的,17,正向阻断恢复时间t,gr,：,晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间,关断时间t,q,：,t,rr,与t,gr,之和，即,t,q,=t,rr,+t,gr,1.3.5,晶闸管的开通和关断过程波形,(2)关断过程,反向阻断恢复时间t,rr,：,正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间,第1章,正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还,18,1）开通时间,t,gt,：,普通晶闸管的开通时间,t,gt,约为,6,s,。,2）,关断时间,t,q,：,普通晶闸管的,t,q,约为几十到几百微秒。,第1章,1）开通时间tgt：第1章,19,1.3.4.,晶闸管的主要特性参数,正向重复峰值电压,U,DRM.,反向重复峰值电压,U,RRM.,晶闸管铭牌标注的,额定电压,通常取U,DRM,与U,RRM,中的最小值,选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。,（,1,）晶闸管的重复峰值电压额定电压,U,Te,第1章,1.3.4.晶闸管的主要特性参数 正向重复峰值电压UDR,20,（,2,）晶闸管的额定通态平均电流额定电流,I,T(AV),在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少还要乘以1.52的安全系数，使其有一定的电流裕量。,第1章,（2）晶闸管的额定通态平均电流额定电流IT(AV)在选用,21,（,3,）门极触发电流,I,GT,和门极触发电压,U,GT,在室温下，晶闸管加,6V,正向阳极电压时，使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流,I,GT,。对应于门极触发电流的门极电压称为门极触发电压,U,GT,。,第1章,（4）,通态平均电压,U,T(AV),正向导通时的管压降,.,（3）门极触发电流IGT和门极触发电压UGT 在室温下，晶闸,22,1.4 可关断晶闸管,可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。,它具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲电流触发下关断。,全控型器件.,第1章,1.4 可关断晶闸管 可关断晶闸管(Gate-Turn-Of,23,图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号,(a)各单元的阴极、门极间隔排列的图形 (b)并联单元结构断面示意图,(c)电气图形符号,1,、可关断晶闸管的结构,第1章,图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号1、可关断晶闸,24,2、可关断晶闸管的应用,GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地方，电压、电流容量较大。,优点,:用门极正脉冲可使GTO开通，用门极负脉冲可以使其关断。,缺点,:但要使GTO关断的门极反向电流比较大，约为阳极电流的/左右。例如1000A的GTO,要关断它需要施加200A的反向电流.代价太大.GTO的通态管压降比较大，一般为23V。,第1章,2、可关断晶闸管的应用 GTO主要用于直流变换,25,1.5、,电力晶体管,1)术语：,电力晶体管（GTR,有时候也称为Power BJT。,耐高电压、大电流.,全控型器件.,2）应用：,20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。,第1章,1.5、电力晶体管 1)术语：第1章,26,1.5.1,电力晶体管及其工作原理,与普通的晶体三极管的基本原理是一样的。,主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。,这里以NPN型为例.,第1章,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,B,E,C,I,B,I,E,I,C,1.5.1 电力晶体管及其工作原理与普通的晶体三极管的基本,27,在应用中，GTR一般采用共发射极接法。,集电极电流I,c,与基极电流I,b,之比为,GTR的,电流放大系数,，,反映了基极电流对集电极电流的控制能力,第1章,在应用中，GTR一般采用共发射极接法。GTR的电流放大,28,1.5.2,电力晶体管的特性,深饱和区：I,B,变化时I,C,不再改变，管压降U,CE,很小，,类似于开关的通态。,图,1.5.3,共发射极接法,时GTR的输出特性,1.GTR的输出特性,截止区：I,B,0(或I,B,=0)，,类似于开关的断态；,线性放大区：,I,C,=I,B,，GTR 应避免工作在线性区.,准饱和区：随着I,B,的增大，I,C,与I,B,之间不再呈线性关系，开始下降，曲线开始弯曲；,第1章,1.5.2 电力晶体管的特性 深饱和区：IB变化时IC不再,29,1）延迟时间,t,d,和上升时间,t,r,，二者之和为开通时间,t,on,。,延迟时间:在正基极电流的作用下,集电极电流Ic从0增加到饱和电流I,CS,的10%的时间.,上升时间：集电极电流Ic从10%I,CS,增加到90%I,CS,的时间。,图1.5.4 GTR的开通和,关断过程电流波形,2、GTR的开关特性,（,1,）开通过程：,第1章,1）延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间t,30,关断时间t,of,为：存储时间t,s,和,与下降时间t,f,之和。,储存时间:在负基极电流的作用下,集电极电流Ic下降到90%I,CS,的的时间.,下降时间：集电极电流Ic从90%I,CS,的减小到10%I,CS,的时间。,图,1.5.4 GTR的开通和,关断过程电流波形,（2）关断过程：,第1章,关断时间tof 为：存储时间ts和与下降时间tf之和。图1.,31,1.5.3,电力晶体管的主要参数,(1)电压定额,(2)电流定额,第1章,(3)最大耗散功率P,CM,：,即GTR在最高结温时所对应的耗散功率，它等于集电极工作电压与集电极工作电流的乘积。,(4)电流放大倍数：,=I,C,I,B,1.5.3 电力晶体管的主要参数(1)电压定额(2),32,一次击穿,集电结电压U,CE,升高至最大电压定额左右时，Ic急剧增大（雪崩击 穿），但此时集电结的电压U,CE,基本保持不变，称为一次击穿.如果此时限制Ic不再继续增加，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。,二次击穿,一次击穿发生后如果继续增大U,CE,，当Ic上升到某个临界点A时,Ic会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，立即导致器件的永久损坏，这称为二次击穿。,二次击穿和安全工作区,第1章,一次击穿二次击穿和安全工作区第1章,33,按基极偏置分类可分为,正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区RBSOA,。,1.5.3,电力晶体管的特性与主要参数(续),安全工作区,安全工作区SOA(Safe Operation Area),是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行,的电流、电压的极限范围。,第1章,按基极偏置分类可分为正偏安全工作区FBSOA和反偏安全工作区,34,正偏安全工作区，基极正向偏置下.它是由GTR的最大允许集电极电流I,CM,、最大允许集电极电压U,CEO,、最大允许集电极功耗P,CM,以及二次击穿功率P,SB,四条限制线所围成的区域。,1.5.2,电力晶体管的特性与主要参数(续),正偏安全工作区,FBSOA,第1章,正偏安全工作区，基极正向偏置下.它是由GTR的最大允许集电极,35,反偏安全工作区又称,GTR,的关断安全工作区。它表示在反向偏置状态下,GTR,关断过程中电压,U,CE,、电流,I,C,限制界线所围成的区域,。,反偏安全工作区,RBSOA,反偏安全工作区又称GTR的关断安全工作区。它表示在反向,36,1.6,电力场效应晶体管,电力场效应管通常指绝缘栅型中的MOS型，简称电力MOSFET。,N沟道,P沟道,电力MOSFET,耗尽型：,增强型:,耗尽型,增强型,当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道；,对于N（P）沟道器件,栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道,第1章,最常见的是N沟道增强型.,1.6 电力场效应晶体管电力场效应管通常指绝缘栅型中的MO,37,优点：电压控制型器件，所以输入阻抗高(可达40M以上)、开关速度快，工作频率高,(开关频率可达1000kHz)、驱动电路简单，需要的驱动功率小、热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区(SOA)宽,缺点：,电流容量小，耐压低，一般只适用功率不超过,10kW,的电力电子装置。,N沟道MOSFET的符号,G栅极,D-漏极,S源极,优点：电压控制型器件，所以输入阻抗高(可达40M以上)、,38,MOS,的漏极电流,I,D,受控于栅压,U,GS,；,1.6.1,电力场效应管及其工作原理,2、电力场效应管的工作原理,（1）截止：,栅源电压,U,GS,0,或,0,U,GS,U,T,(U,T,为开启电压，又叫阈值电压,)；,（2）导通：,U,GS,U,T,时，加至漏极电压,U,DS,0；,（3）,漏极电流,I,D,：,第1章,MOS的漏极电流ID受控于栅压UGS；1.6.1 电力场,39,1.6.2,电力场效应晶体管的特性,在不同的U,GS,下，漏极电流I,D,与漏极电压U,DS,间的关系曲线族称为MOS的输出特性曲线。,1）截止区：,当U,GS,U,T,(U,T,的典 型值为24V)时；,2）线性区(非饱和区)：,当,U,GS,U,T,且 U,DS,很小时，I,D,和U,DS,几乎成 线性关系。,3）饱和区：,在U,GS,U,T,时，,且随着U,DS,的增大，I,D,几乎不变;,4）雪崩区：,当U,GS,U,T,，且,U,DS,增大到一定值时,损坏.,1、静态输出特性,MOS管的输出特性,第1章,1.6.2 电力场效应晶体管的特性 在不同的UGS,40,一般就可理解为使MOSFET开通所需要施加的最小栅极电压.,实际应用时，U,GS,=(1.52.5)U,T,1.6.3,电力场效应晶体管的主要参数,(1),通态电阻,R,on,在确定的栅压U,GS,下，VDMOS由可调电阻区进入饱和区时漏极至源极间的直流电阻称为通态电阻R,on,。,(2)阈值电压U,T,第1章,(3)跨导g,m,跨导g,m,定义,表示U,GS,对I,D,的控制能力的大小。实际中高跨导的管子具有更好的频率响应。,一般就可理解为使MOSFET开通所需要施加的最小栅极电压.1,41,I,DM,表征器件的电流容量。当U,GS,=10V，U,DS,为某一数值时，漏源间允许通过的最大电流称为最大漏极电流。,(4)漏源击穿电压BU,DS,BU,DS,决定了VDMOS的最高工作电压，它是为了避免器件进入雪崩区而设立的极限参数。,(5)栅源击穿电压BU,GS,BU,GS,是为了防止绝缘栅层因栅源间电压过高而发生介电击穿而设立的参数。一般BU,GS,=20V。,(6)最大漏极电流I,DM,第1章,(7)输入阻抗：,VD,MOS是靠栅极电压驱动管子开通的,栅极电流很小,所以驱动功率小.这个特点与GTR相比,有很大优势.,IDM表征器件的电流容量。当UGS=10V，,42,1）漏源通态电阻限制线I(由于通态电阻R,on,大，因此器件在低压段工作时要受自身功耗的限制)；,2）最大漏极电流限制线；,3）最大功耗限制线；,4）最大漏源电压限制线；,图,1.6.5 VDMOS,的,FBSOA,曲线,安全工作区,VDMOS的安全工作区分为三种情况：,正向偏置安全工作区(FBSOA)：,四条边界极限：,第1章,1）漏源通态电阻限制线I(由于通态电阻Ron大，因此,43,1.7 绝缘栅双极型晶体管(IGBT),IGBT：绝缘栅双极型晶体管,(IGBT,)。,兼具功率,MOSFET,高速,开关特性,电压控制型的特性和,GTR,的,低导通压降,特性两者优点的一种复合器件。,在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它高速低损耗的中小功率领域，IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市场。,第1章,1.7 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)IGBT：绝缘栅双极,44,IGBT的符号:,电气符号如图所示,IGBT有三个电极:集电极、发射极和栅极,第1章,IGBT的符号:第1章,45,IGBT,也属电压控制型器件，是一种由,栅极电压U,GE,控制集电极电流的全控型器件。,导通：,U,GE,大于开启电压,U,GE(th),时，IGBT导通。,关断：,栅射极间施加反压或不加信号时，IGBT关断。,1.7.1,IGBT的工作原理,第1章,IGBT也属电压控制型器件，是一种由栅极电压UGE控制,46,1.7.2 IGBT的主要特性,反映在一定的栅极-发射极电压U,GE,下器件的输出端电压U,CE,与电流I,c,的关系。,IGBT的伏安特性分为:,截止区、有源放大区、饱和区和击穿区。,IGBT的伏安特性,1、IGBT,的伏安特性,第1章,1.7.2 IGBT的主要特性 IGBT的伏安特性1、IG,47,U,GE,U,GE(TH),(开启电压,一般为36V)；其输出电流I,c,与驱动电压U,GE,基本呈线性关系；,IGBT的转移特性,2、IGBT的转移特性,IGBT关断：,IGBT开通：,U,GE,UGE(TH)(开启电压,一般为36V),48,2、IGBT的开关特性,（1）IGBT,的开通过程：,从正向阻断状态转换到正向导通的过程。,开通延迟时间,t,d(on),：,从,10%U,GEM,到,10%I,CM,所需时间。,电流上升时间,t,r,：,I,C,从,10%I,CM,上升至,90%I,CM,所需时间。,开通时间ton：,t,on,=t,d(on),+,t,r,图,1.7.3 IGBT,的开关特性,第1章,2、IGBT的开关特性 图1.7.3 IGBT的开关特性,49,（2）IGBT,的关断过程,关断延迟时间,t,d(off),：,从U,GE,后沿下降到其幅值90%的时刻起，到i,c,下降至90%I,CM,电流下降时间：,i,c,从90%I,CM,下降至10%I,CM,。,关断时间t,off,：,关断延迟时间与电流下降之和。,电流下降时间又可分为t,fi1,和t,fi2,t,fi1,IGBT内部的MOSFET的关断过程，i,c,下降较快；,t,fi2,IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，i,c,下降较慢。,图,1.7.3 IGBT,的开关特性,第1章,图1.7.3 IGBT的开关特性 第1章,50,（1）最大集射极间电压,U,CEM：,IGBT在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最高电压。,（2）通态压降：,是指IGBT在导通状态时集电极和发射极之间的管压降。,（3）集电极电流最大值I,CM,：,（4）最大集电极功耗P,CM,：,1.7.3 IGBT的主要参数,第1章,（1）最大集射极间电压UCEM：1.7.3 IGBT的主,51,(5)安全工作区,正偏安全工作区FBSOA：,IGBT在开通时为,正向偏置,时的安全工作区，如图1.7.5(a)所示。,反偏安全工作区RBSOA：,IGBT在关断时为,反向偏置,时的安全工作区，如图1.7.5(b)。,图1.7.5 IGBT的,安全工作区,第1章,(6)输入阻抗：,IGBT的输入阻抗高，可达10,9,10,11,数量级，驱动功率小，这些与VDMOS相似。,(5)安全工作区图1.7.5 IGBT的第1章(6)输,52,1.8,功率模块,20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多个器件封装在一个模块中，称为功率模块。,第1章,智能功率模块,（,Intelligent Power Module,，简称,IPM,，专指,IGBT,及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能,IGBT,）。,1.8 功率模块20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将,53,电力半导体器件归纳和对比,第1章,器件,可控性,电压/电流型,特性,电力二极管(PD),不可控,/,单向导电性,晶闸管（SCR）,半控型,电流型,1.单向导电性 2.可以控制开通.3.不能控制关断,可关断晶闸管（GTO）,全控型,电流型,可以控制开通和关断，其它与普通晶闸管同。缺点是关断时需要在门极施加很大的负电流，损耗很大。,电力晶体管(GTR),全控型,电流型,关断时所需要的负向电流比GTO小得多，可以使用在大功率场合。缺点是驱动的损耗相对较大。,电力场效应管（MOSFET）,全控型,电压型,因为是电压控制型，所以开通和关断的驱动功率小，无二次击穿现象，工作频率可以做得很高。缺点是电流容量小、耐压低，一般只用于10kW以下的小功率。,绝缘栅双极型晶体管,(IGBT),全控型,电压型,电压控制型，驱动功率小。比MOSFET的优点是可以用在大功率场合。缺点是开关频率做不高，一般在几十kHz以下。,电力半导体器件归纳和对比第1章器件可控性电压/电流型特性电力,54,1.9,电力电子器件的,驱动电路与保护,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。,在高压变换电路中，一般需要,控制系统和主电路之间进行电气隔离,，这可以通过,脉冲变压器或光耦,来实现。,第1章,1.9.1 驱动电路,1.9 电力电子器件的驱动电路与保护第1章1.9.1 驱动电,55,脉冲变压器隔离。,图1.9.4 带隔离变压器的,SCR驱动电路,第1章,1.9.1.1,晶闸管SCR的,驱动电路,脉冲变压器隔离。图1.9.4 带隔离变压器的第1章1.9.1,56,光耦隔离。,图1.9.5 光耦隔离的SCR驱动电路,第1章,光耦隔离。图1.9.5 光耦隔离的SCR驱动电路第1章,57,1.9.1.2,GTR的,驱动电路,对GTR 驱动电路的要求:,提供合适的正反向基极电流以保证GTR可靠导通与关断(期望的基极驱动电流波形如图1.9.7 所示)。,实现主电路与控制电路的隔离。,具有自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号，避免损坏GTR。,电路尽可能简单、工作稳定可靠、抗干扰能力强。,图1.9.7 理想的基极,驱动电流波形,第1章,1.9.1.2 GTR的驱动电路对GTR 驱动电路的要求:图,58,由于IGBT的输入特性几乎和VDMOS相同(阻抗高，呈容性)所以，要求的驱动功率小，电路简单，用于IGBT的驱动电路同样可以用于VDMOS。,1.9.1.3,MOSFET和IGBT的驱动电路,图1.9.11 采用脉冲变压器,隔离的栅极驱动电路,图1.9.12 光耦隔离的推挽输出的栅极驱动电路,第1章,由于IGBT的输入特性几乎和VDMOS相同(阻抗,59,图1.9.13 EXB8XX驱动模块框图,图1.9.14 集成驱动器的应用电路,第1章,图1.9.13 EXB8XX驱动模块框图 图1.9.14,60,1.9.2 保护电路,电力电子系统在发生故障时可能会发生过电流、过压，造成开关器件的永久性损坏。,过流、过压保护包括,器件保护,和,系统保护,两个方面。,第1章,1.9.2 保护电路 电力电子系统在发生故障时可,61,措施：,通常电力电子系统同时采用电子电路、快速熔断器、断路器和过电流继电器等几种过电流保护措施。,图1.9.16 电力电子系统中常用的过流保护方案,1.过电流保护（过流包括过载和短路）,第1章,措施：通常电力电子系统同时采用电子电路、快速熔断器、断路器和,62,外因过电压：,主要来自雷击和系统中的操作过程等外因。,内因过电压：,主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。,(1)换相过电压：,晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。,(2)关断过电压：,全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。,2过电压保护,第1章,外因过电压：主要来自雷击和系统中的操作过程等外因。2,63,图1.9.17 电力电子系统中,常用的过电压保护方案,第1章,图1.9.17 电力电子系统中 第1章,64,器件串联:,尽量选用参数和特性一致的器件,常采用均压电路，R11、R12是静态均压电阻，R13、C11和R14、C12作动态均压。,器件并联:,尽量选用参数和特性一致的器件,常使每个器件,串联均流电抗器,后再并联,图1.9.18 均压电路,3开关器件串联、并联使用时的均压、均流,第1章,器件串联:图1.9.18 均压电路3开关器件串联、并联使,65,1.9.3 缓冲电路,缓冲电路：,电力电子电路常设置开关过程的保护电路,防止电力电子器件在开关过程中因出现高电压或高电流而损坏.,原理：,关断缓冲电路吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt,减小关断损耗；开通缓冲电路抑制器件开通时的电流过冲和di/dt,减小器件的开通损耗。,注意:,缓冲电路只是把器件的开关损耗转移到了缓冲电路内，整个装置的效率比较低。,第1章,1.9.3 缓冲电路缓冲电路：第1章,66,