第2章 电力电子器件驱动与保护电路-电力晶体管(3)ppt课件.ppt

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1、第2章 电力电子器件驱动与保护电路-电力晶体管(3)明理知行明理知行 精工致远精工致远电力晶体管驱动电路驱动作用驱动作用驱动方式驱动方式分立驱动电路分析分立驱动电路分析集成驱动电路分析集成驱动电路分析明理知行明理知行 精工致远精工致远能否用快速熔断器和过电流继电器保护GTR？明理知行明理知行 精工致远精工致远驱动电路与保护 明理知行明理知行 精工致远精工致远驱动电路与保护 明理知行明理知行 精工致远精工致远（1）优化驱动特性 明理知行明理知行 精工致远精工致远（3）自动快速保护功能明理知行明理知行 精工致远精工致远（2）驱动方式明理知行明理知行 精工致远精工致远驱动电路与保护 明理知行明理知行

2、 精工致远精工致远驱动电路与保护明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR分立基极驱动电路应用实例明理知行明理知行 精工致远精工致远VT1、R1为为U1输入端驱动电路，输入端驱动电路，U1起耦合隔离作用，起耦合隔离作用，VT2、VT3及外围组件构成电压驱动电路，及外围组件构成电压驱动电路，VT4、VT5构成复合管与构成复合管与VT6构成推挽式功率驱动电路构成推挽式功率驱动电路。VD2、VD3、VD4、VD5构成贝克构成贝克箝箝位抗饱和电路。位抗饱和电路。作用是让作用是让GTR开通时处于准饱和状态，使其不进入放大区和深饱和区，关断时，开通时处于准饱和状态，使其不进入放大区和深饱和区，关断时，施加一

3、定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。VT7为为GTR开关。开关。C1为自举电容，主要是提高为自举电容，主要是提高VT5、与与VT6的交替速度，的交替速度，C2为加速电容，可以提高为加速电容，可以提高VT7的的开通与关断速度。开通与关断速度。明理知行明理知行 精工致远精工致远VT5导通时，导通时，VD4、VD5导通，导通，A、B点电位分别被箝位在点电位分别被箝位在1.4V、0.7V，即即VA=1.4V，VB=0.7V，由于此时由于此时VD2也处于导通状态，则也处于导通状态，则AC间电压间电压为为VAC=0.7V，则则C点电位为点电位为VA

4、VAC=1.4-0.7=0.7V，BC间电压为间电压为VBC=VB-VC=0.7-0.7=0V，故故VT7导通时，只有发射结处于正向偏置导通时，只有发射结处于正向偏置状态，集电结两端电压为状态，集电结两端电压为0，介于正偏和反偏之间。介于正偏和反偏之间。明理知行明理知行 精工致远精工致远A端输入开通信号VT1导通VT2导通VD1、VT3截止VT4、VT5导通（VT6截止）VD4、VT7导通开关开通。A端输入开通信号，端输入开通信号，VT1驱动驱动U1发光管导通，发光管导通，使使VT2饱和导通，其集电极发射饱和导通，其集电极发射极电压小于极电压小于0.3V，VD1、VT3截止，截止，VT3集电极

5、集电极为高电位，由于为高电位，由于C1的自举作用，的自举作用，使使VT4、VT5先于先于VT6导通，导通，使使GTR开关开关VT7迅速导通；当迅速导通；当关断信号使关断信号使VT5截止，截止，VT6导通导通时，时，C2充得的左正右负电压使充得的左正右负电压使VT7迅速截止，开关关断。迅速截止，开关关断。明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR集成驱动电路应用实例 芯片芯片UAA4002是是THOMSON公司专为公司专为GTR设计的集成式驱动电路。它不设计的集成式驱动电路。它不仅简化了基极驱动电路，提高了基极驱动电路的集成度、可靠性、快速性，而且仅简化了基极驱动电路，提高了基极驱动电路的集成度、

6、可靠性、快速性，而且它把对它把对GTR的保护和驱动结合起来，使的保护和驱动结合起来，使GTR运行在自身可保护的临界饱和状态下。运行在自身可保护的临界饱和状态下。 引脚功能引脚功能： 14脚:接正电源 2脚:接负电源 9脚:接零，提供参考地电位 5脚:输入端 3脚:封锁端，高电压时完全封锁输出信号，零电位时解除封锁。 4脚:输入选择端;零电位时选择脉冲输入，高电位时选择电位输入。 16脚:经一小电阻RB接被驱动功率晶体管基极，输出正向驱动电流IB1 1脚:经一小电感L接被驱动功率晶体管基极，输出反向基极关断电流IB2 15脚(V+):是UAA4002输出级电源输入端，经一外接电阻接到正电源Vcc

7、 7脚脚:最小导通时间整定端。它经一电阻最小导通时间整定端。它经一电阻RT接零，从而整定接零，从而整定tonmin，在，在1一一2uS间调间调节。节。tonmin (uS)=0. 06 X RT (k)明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR集成驱动电路应用实例8脚脚:最大导通时间整定端。它经一电容最大导通时间整定端。它经一电容CT接地接地，从而整定，从而整定;11脚脚:退饱和保护阈值整定端。若封锁该功能，退饱和保护阈值整定端。若封锁该功能，11脚直接接负电源。脚直接接负电源。12脚脚:功率晶体管集电极电流限制端。电流信号功率晶体管集电极电流限制端。电流信号输入为负，绝对值输入为负，绝对值0.

8、 2V时，过流时，过流保护动作。保护动作。 若封锁该功能，若封锁该功能，12脚直接接地。脚直接接地。13脚脚:通过抗饱和二极管接被驱动晶体管的集电通过抗饱和二极管接被驱动晶体管的集电极。起到抗饱和作用。极。起到抗饱和作用。10脚脚:输出端电压前沿相对于输入端电压前沿延输出端电压前沿相对于输入端电压前沿延迟时间迟时间TD的整定端。它经一电阻的整定端。它经一电阻RD接零。接零。6脚脚:负电源电压监控阈值整定端，它经一电阻负电源电压监控阈值整定端，它经一电阻R一接负源，用于整定负电源电压监控阈值。一接负源，用于整定负电源电压监控阈值。明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR集成驱动电路应用实例（1）

9、输入/输出。 第5脚为控制信号的输入端，输入信号可以是电平或正、负脉冲，通过输入接口可将信号放大为0.5A的正向驱动电流或3A的反向关断电流，分别由16脚和1脚输出，驱动电流可自动调节，使GTR工作在临界饱和状态。（2）限流。在电源负载回路中串联0.1的取样电阻，用来检测GTR的集电极电流，并将该信号引入芯片LC端（12脚）。一旦发生过流，该信号使比较器状态发生变化，逻辑处理器检测并发出封锁信号，封锁输出脉冲，使GTR关断。明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR集成驱动电路应用实例（3）防止退饱和。 用二极管VD检测GTR的集电极电压，VD正极接芯片VCE端（13脚），负极接GTR集电极，由

10、GTR导通时比较器检测VCE端电压，若高于RSD端（11脚）上的设定电压，比较器则向逻辑处理器发出信号，处理器发出封锁信号，关断GTR，从而防止GTR因基极电流不足或集电极电流超载一起退出饱和，图中的RSD端开路，动作阈值被自动限制在5.5V。（4）导通时间间隔控制。 通过RT端（7脚）外接电阻来确定GTR的最小导通时间，通过CT端（8脚）外接电容来确定GTR的最大导通时间。明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR集成驱动电路应用实例（5）电源电压监测。 用VCC端（14脚）检测正电源电压的大小。当电源电压小于7V时，使GTR截止，以免GTR在过低的驱动电压下退饱和而造成损坏。负电压的检测可在

11、V端（2脚）与R端（6脚）之间的外接电阻来实现。（6）热保护。当芯片在温度150C时，能自动切断输出脉冲。当芯片温度降至极限以下时恢复输出。（7）延时功能。通过RD端（10脚）接电阻来进行调整使UAA4002的输入与输出信号前沿保持12s的延时，防止发生直通、短路 或误动作。若不需要延时，将此端接正电源。明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR损坏原因分析明理知行明理知行 精工致远精工致远GTR饱和与过流的本质是否相同？明理知行明理知行 精工致远精工致远2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO驱动电路驱动电路1. GTO对门极驱动电路的基本要求GTO门极触发方式通常有三种iG0tdtdiGUd

12、tdiGD较缓直流触发，在GTO被触发导通期间，门极一直加直流触发信号；连续脉冲触发，在GTO被触发导通期间，门极上仍加有连续触发脉冲，所以也称脉冲列触发；单脉冲触发，即常用的脉冲触发，GTO导通之后，门极触发脉冲即结束。用单脉冲触发时应提高脉冲的前沿陡度，增大脉冲幅度各宽度，才能使GTO的大部分或全部达到饱和导通状态。明理知行明理知行 精工致远精工致远2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO驱动电路驱动电路1. GTO对门极驱动电路的基本要求（1）门极触发信号要足够大，以保证GTO工作在临界饱和状态。（2）脉冲前沿（正、负脉冲）越陡越好，后沿则应平缓。正脉冲后沿太陡会产生负尖峰脉冲；负脉冲后

13、沿太陡会产生正尖峰脉冲，会导致刚关断的GTO的耐压和阳极承受的du/dt降低。（3）门极正脉冲电流一般为额定触发电流（直流）的（35）倍，以实现强触发。（4）关断后还要在门极和阴极间 施加约5V的负偏压，以提高抗干扰能力。明理知行明理知行 精工致远精工致远2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO驱动电路驱动电路2.GTO驱动电路门极驱动电路结构示意图iG0tdtdiGUdtdiGD较缓理想的门极驱动电流波形门极开通。GTO触发导通要求:触发脉冲信号具有前沿陡具有前沿陡 （上升沿陡（上升沿陡峭）峭）、幅度高、宽度大、后沿缓的脉冲波形、幅度高、宽度大、后沿缓的脉冲波形.上升沿陡峭的门极电流脉冲有利

14、于GTO的快速导通，且可保证使所有的GTO组件几乎同时导通，且使电流分布趋于均匀，通常要求脉冲前沿为digu=5=510A/us；脉冲幅度高可实现强触发，有利于缩短开通时间，减少开通损耗，为此一般要求脉冲幅度为额定直流触发电流的410倍；脉冲有足够的宽度可以保证阳极电流可靠建立，一般取脉宽为1060us ；脉冲后沿尽量平缓可以防止产生振荡，在开通脉冲的尾部出现负的门极电流，不利于门极开通。明理知行明理知行 精工致远精工致远2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO驱动电路驱动电路2.GTO驱动电路门极驱动电路结构示意图iG0tdtdiGUdtdiGD较缓理想的门极驱动电流波形门极关断。已导通的G

15、TO靠门极反向电流来关断，它是GTO应用中的关键问题；门极关断脉冲波形的要求:前沿陡、幅度高、宽度足够、后沿平缓。前沿陡，可以缩短关断时间，减少关断损耗。但前沿不宜过陡，否则会使关断增益降低，阳极尾部电流增加，对GTO产生不利影响，一般使脉冲电流的上升率为；为了保证GTO的可靠关断，关断负电压脉冲宽度应不小于40s。关断电压脉冲的后沿应尽量平缓，如果坡度太陡，由于结电容效应会产生一个门极正电流（尽管门极电压是负的），使GTO有开通的可能，不利于关断。明理知行明理知行 精工致远精工致远2.2.2可关断晶闸管可关断晶闸管GTO驱动电路驱动电路2.GTO驱动电路门极驱动电路结构示意图iG0tdtdi

16、GUdtdiGD较缓理想的门极驱动电流波形门极反偏与普通晶闸管相比，GTO由于结构原因使得其承受电压上升率的能力较差，例如阳极电压上升率较高时可能会引起误触发。可以设置一个门极反偏电路，在GTO正向阻断期间于门极上施加反偏电压，从而提高从而提高GTO对电压上升率的承受能力。对电压上升率的承受能力。但反偏电压的幅度必须小于门极反向雪崩电压，持续时间可以是几十微秒和整个阻断状态所处的时间，这样有利于GTO的安全运行。明理知行明理知行 精工致远精工致远小容量的GTO门极驱动电路开通过程：当u0时，由晶体管VT1、VT2组成的复合管导通，对电容C1充电，形成正向门极电流，触发GTO导通，电容C1的极性

17、为左()右()；关断过程：当时u0，VT3、VT4饱和导通，电容C1通过电阻R4、VD1和VT4放电，形成反向门极电流，使GTO关断。该电路可驱动50A的GTO。电路结构与元件作用门极开通电路：由晶体管VT1、VT2组成的复合管及附属电路组成门极关断电路：由VT3、VT4、C1、R4、VD1明理知行明理知行 精工致远精工致远双电源光电耦合GTO门极驱动电路明理知行明理知行 精工致远精工致远双电源光电耦合GTO门极驱动电路元件作用：D1耦合、隔离；VT1、VT2、VT3：开通驱动电路的整形放大；C3、C4、C5：波开整形；VT4、VT5：开通功率驱动；C1、C2、C6、C7：滤波。开通过程：开通指令U1导通VT1导通VT2截止VD1、VT3导通VT4VT5导通GTO开通。明理知行明理知行 精工致远精工致远双电源光电耦合GTO门极驱动电路关断过程：关断指令U2导通VT6导通VT7截止VD5、VT8导通VT9导通 VT10、VT11导通13V电源反向施加在GTO的G、K端，使UGK0,而关断。