电力电子技术基础驱动

第二部分电力电子器件6SouthChinaUniversityofTechnology第四章电力电子器件的驱动和保护驱动电路——主电路与控制电路之间的接口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对器件或整个装置的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：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号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电力电子器件的驱动和保护——驱动保护电路概述电力电子器件的驱动和保护驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般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光耦合器的类型及接法a)普通型b)高速型c)高传输比型ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1电流驱动型和电压驱动型——驱动保护电路概述4.1晶闸管的触发电路相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小采用晶闸管相控方式时的交流交流电力变换电路和交交变频电路（第7章）相控电路的驱动控制为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。晶闸管的触发电路——相控电路以及驱动要求晶闸管的触发电路——单结晶体管bbbbbHUURRRU211IeVDUe+-eRb2Rb1b1b2+-Heb2b1单结晶体管：特殊的半导体器件，三个引出端，只有一个PN结在高电阻率的N型半导体基片上引出第一基极b1和第二基极b2，在两基极之间靠近b2出掺入P型杂质，引出发射极e为分压比，一般为0.3～0.9晶闸管的触发电路•UeUH时，二极管反偏，只有很少的漏电流•Ue=ηUb+UVD,VD导通，Up称为峰点电压，Ip峰点电流•VD导通，Rb1迅速减小，UH下降，Ie增大到Iv时，Ue=UV，Uv谷点电压，Iv谷点电流。P-V两点之间称为负阻区•一旦UeUV,Rb1增大，单结晶体管由导通转入截止。——单结晶体管IeVDUe+-eRb2Rb1b1b2+-H晶闸管的触发电路——单结晶体管组成的简易触发电路CUPUVUGU00tR2R1ReC+-•加上电源U，电容C充电，当Uc=Up时，单结晶体管VG导通，C经R2放电，从R2上引出脉冲电压uG触发晶闸管VT•UcUv后，VG截止，C又充电，当VG又导通，从而从R2上引出一系列脉冲晶闸管的触发电路•C的充电时间常数，决定脉冲电压uG的产生时刻•放电时间常数，决定脉冲宽度VPePVUUUURII)11(11CLnRTfe——单结晶体管组成的简易触发电路1eRC212()bRRC•Re的取值范围•振荡频率晶闸管的触发电路——同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节※点击此处看原理图1)脉冲形成环节V4、V5—脉冲形成V7、V8—脉冲放大控制电压uco加在V4基极上同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中。同步信号为锯齿波的触发电路——脉冲形成环节同步信号为锯齿波的触发电路脉冲形成环节V4、V5——脉冲形成V7、V8——脉冲放大控制电压uk加在V4基极上。uk对脉冲的控制作用及脉冲形成：uk=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V)——脉冲形成环节※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路(大于0.7V)时，V4导通，A点电位由+E1(+15V)1.0V左右，V5基极电位约-2E1(-30V)，V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V)+2.1V，V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位，直到ub5-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V8集电极电路中V7.0K=u——脉冲形成环节※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ukupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14同步信号为锯齿波的触发电路波形同步信号为锯齿波的触发电路2)锯齿波的形成和脉冲移相环节锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等；本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路图2-54同步信号为锯齿波的触发电路——锯齿波形成和脉冲移相同步信号为锯齿波的触发电路电路组成锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路——锯齿波形成和脉冲移相※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路工作原理：V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是用来调节锯齿波斜率的。V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也是一个锯齿波tICtICuccc111d1——锯齿波形成和脉冲移相※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uk、直流偏移电压up三者作用的叠加所定如果uk=0，up为负值时，b4点的波形由uh+up确定当uk为正值时，b4点的波形由uh++确定M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿加up的目的是为了确定控制电压uk=0时脉冲的初始相位'pu'cou——锯齿波形成和脉冲移相'u※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定锯齿波是由开关V2管来控制的V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交流电压决定V2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时间常数R1C1——同步环节※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ukupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14同步信号为锯齿波的触发电路波形同步信号为锯齿波的触发电路——强触发环节晶闸管采用强触发可以缩短开通时间，有利于改善串并联器件的动态均压、均流效果、增加触发的可靠性。强触发电源：由VD11~DV14单相桥式整流电路获得50V电压。VD8截止时，C6充电，D点电位上升到50V；VD8导通时，C6迅速放电，D点电位迅速下降；UD小于15V时，VD15导通，由15V电源供电。※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ukupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14同步信号为锯齿波的触发电路波形同步信号为锯齿波的触发电路双窄脉冲形成环节内双脉冲电路V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a产生隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生（通过V6）——双窄脉冲形成环节※点击此处看原理图※点击此处看波形图同步信号为锯齿波的触发电路NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5NO.6X1Y1X2Y2X3Y3X4Y4X5Y5X6Y6UG6UG5UG4UG3UG2UG1——三相桥式电路触发器的连接VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6—VT1--……顺序导通，彼此相隔60度，为能准确的产生双窄脉冲，各触发器应遵循：前相触发电路的Y接后相的X端的原则。同步信号为锯齿波的触发电路220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VXY接封锁信号RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ukupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11~VD14同步信号为锯齿波的触发电路波形分立元件搭建的触发电路结构复杂，性能不够稳定！集成元件搭建的触发电路结构简单，性能相对稳定！同步信号为锯齿波的触发电路晶闸管的触发电路——集成元件组成的触发电路主要元件：集成运放LM324、双时基电路NE556移相范围：0～180度※点击图形看大图集成元件组成的触发电路Ott1t2u1u2u3usu4u5u6u7u8uk集成元件组成的触发电路波形集成元件组成的触发电路——同步环节Us为正弦同步电压LM324用作比较器，检测正弦波的过零点U1、U2为各导通180度且互补的矩形波※点击图形看大图点击此处看波形集成元件组成的触发电路——锯齿波形成环节恒流源在V1的作用下，电容C2充放电，形成锯齿波U4※点击图形看大图点击此处看波形集成元件组成的触发电路——移相环节LM324用作比较器通过调节Uk的幅值，可以实现移相的目的Uk即为外加控制信号※点击图形看大图点击此处看波形集成元件组成的触发电路——脉冲形成环节556用作一对单稳电路5、9脚