第八章电力电子器件的门极控制电路

门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-1第八章电力电子器件的门极控制电路•电力电子装置－－主电路、控制电路•控制电路的作用：–将给定信号转换为主电路开关器件所需的触发脉冲信号，以使主电路实现相应功能。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-2•控制电路的构成：–控制电源–控制脉冲产生电路–门极控制电路–同步信号产生电路–检测、反馈电路–保护电路–显示、报警电路门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-3•本章主要内容：–掌握晶闸管对触发电路的要求，了解晶体管移相触发电路及同步电源的选择，掌握GTO、IGBT、MOSFET等器件对触发电路的要求。•重点：–掌握IGBT触发电路。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-4第一节晶闸管对触发电路的要求•触发脉冲的作用：–决定晶闸管导通时刻，提供门极触发电流。•触发脉冲参数要求：–触发电流－－大于额定值，保证可靠触发–触发脉冲宽度－－使阳极电流大于擎住电流–强触发－－提高di/dt的承受能力–触发功率－－需要功率放大电路门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-5•触发脉冲形式要求：–正向脉冲－－门极对阴极为正电压–脉冲形式－－宽脉冲、窄脉冲、脉冲列–与主电路同步－－保持固定相位关系–与主电路隔离－－高、低压电源隔离–抗干扰能力－－防止误触发门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-6第三节晶体管移相触发电路•控制电压UK--触发角--输出电压Ud•垂直移相原理：–同步信号uT与UK的交点决定触发时刻–UK垂直移动，交点对应相位变化(移相)门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-7•垂直移相方式：–串联垂直移相–并联垂直移相门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-8•同步信号为正弦波的移相触发电路–基本环节：同步移相环节、脉冲形成环节功率放大环节、隔离输出环节门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-9门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-10•uT的选择原则：UK=0时，Ud=0，对应=90°门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-11•UK与uT没有交点，触发脉冲丢失•防止方法：信号合成，限制min、min。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-12•同步信号为锯齿波的移相触发电路•特点：–锯齿波同步信号不受电网波动影响–UK与成线性关系门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-13第五节触发电路同步信号的选择•同步信号选择原则：–使UK=0时，Ud=0。•选择依据：–整流电路形式–触发电路形式–变压器接线形式门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-14•例一：三相全控桥、正弦波触发电路–UK=0时，对应=90°–同步信号滞后于阳极电压120°–T1管：•阳极电压：ua•同步信号：uT1=ub–T2管：•阳极电压：–uc•同步信号：uT2=–ua门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-15•例二：三相全控桥、锯齿波触发电路–原则：锯齿波起点对应=0°，即uT的180°对应ua的30°–同步信号超前于阳极电压150°–主变压器接线形式：/Y–11–同步变压器接线形式：Y/Y–12/6门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-16•同步信号与阳极电压对应关系：–晶闸管：T1T2T3T4T5T6–阳极电压：+ua–uc+ub–ua+uc–ub–同步信号：–uTa+uTc–uTb+uTa–uTc+uTb门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-17第六节GTO的门控电路•GTO门控电路的特点：–GTO的开通、关断分别由开通电路、关断电路完成。–开通过程与SCR相似。–维持导通需加正向偏置电流。–关断时需要足够大的关断电流及能量。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-18门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-19•GTO的主要缺点：–关断电流大，约为阳极电流的20%33%–控制电路复杂，GTO易烧损。•关断电路的实现：–由外加负电源提供关断电流。–由储能电容器提供关断能量。•关断电路输出级功率元件：–SCR、GTR、MOSFET门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-20•用SCR关断GTO的门控电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-21•用GTR关断GTO的门控电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-22•用MOSFET关断GTO的门控电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-23第八节MOSFET和IGBT的驱动电路•场控型器件，驱动简单，驱动功率小。•基本控制原理：–开通：为栅极电容提供充电电流。–关断：为栅极电容提供放电回路。–为了提高开关频率，减小开通、关断时间，充电、放电电流不能太小。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-24•驱动电路形式：–直接驱动–隔离驱动（变压器隔离、光耦隔离）•两种直接驱动电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-25•脉冲变压器隔离的驱动电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-26•光耦隔离的驱动电路：门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-27IGBT驱动电路•对IGBT驱动电路的基本要求：–提供一定的正向和反向驱动电压，–提供足够大的瞬时驱动电流，–输入、输出延迟时间小，–绝缘性能高，–过电流保护。门控电路March30,2000北方交通大学电气工程系8-28•IGBT驱动模块：–性能可靠、使用方便、应用普遍，–基本功能类似，性能不断提高。