电力电子器件及共性问题.ppt

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1、电力电子器件及共性电力电子器件及共性问题问题2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件引言引言20世世纪纪80年年代代以以来来，信信息息电电子子技技术术与与电电力力电电子子技技术术在在各各自自发发展展的的基基础础上上相相结结合合高高频频化化、全全控控型型、采采用用集集成成电电路路制制造造工工艺艺的的电电力力电电子子器器件件，从从而而将将电电力力电电子子技技术又带入了一个崭新时代。术又带入了一个崭新时代。典型代表典型代表门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。22&9.1 2&9.1 典型全控型器

2、件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）*GTO是晶闸管的一种派生器件；四层结构，等效模型等是晶闸管的一种派生器件；四层结构，等效模型等*可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断；属于可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断；属于全控全控型器件型器件；*GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在而在兆瓦级以上的大功率场合兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。仍有较多的应用。主要特点主要特点*不少不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反

3、压时，应和反压时，应和电力二极管串联电力二极管串联。32&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）GTO的关断机理：的关断机理：主要就是利用门极负主要就是利用门极负电流电流分流分流Ic1，并，并快速抽取快速抽取V2管发射结两侧存储的大管发射结两侧存储的大量载流子，以实现快速关量载流子，以实现快速关断。断。双晶体管等效模型双晶体管等效模型工艺改进工艺改进42&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）在工艺结构上

4、比在工艺结构上比SCR有改进：有改进：*等效晶体管的等效晶体管的电流放大倍数减小电流放大倍数减小，经正反馈导通后接近，经正反馈导通后接近临临 界饱和状态界饱和状态，有利于减小关断时间和提高开关频率；但提，有利于减小关断时间和提高开关频率；但提 高通态压降、增加通态损耗。高通态压降、增加通态损耗。*采用多采用多GTO单元单元并联集成并联集成结构，门极和阴极结构，门极和阴极间隔排列间隔排列，使，使P2基区载流子基区载流子均匀快速均匀快速地从门极抽出，也不易造成局部地从门极抽出，也不易造成局部过热，过热，di/dt耐量增大。耐量增大。52&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶

5、闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）62&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）GTO的动态特性：的动态特性：门极电流可撤除门极电流可撤除强负脉冲强负脉冲7门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）与普通晶闸管类似，需经过延迟时间与普通晶闸管类似，需经过延迟时间t td d和上升时间和上升时间t tr r；开通；开通时时i iG G加一个加一个大幅度大幅度正向脉冲，触发正向脉冲，触发导通后门极电流可撤除导通后门极电流可

6、撤除。开通过程：开通过程：关断过程：关断过程：与普通晶闸管不同，从与普通晶闸管不同，从i iG G负脉冲开始分成三个时间段：负脉冲开始分成三个时间段：储存时间储存时间t ts s ：抽取饱和导通时储存的大量载流子，使等效晶抽取饱和导通时储存的大量载流子，使等效晶 体管退出饱和。体管退出饱和。下降时间下降时间t tf f ：等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐 渐减小。渐减小。尾部时间尾部时间t tt t ：残存载流子复合所用时间。残存载流子复合所用时间。82&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-

7、Turn-Off Thyristor GTOGate-Turn-Off Thyristor GTO）GTOGTO的主要参数的主要参数2)2)关断时间关断时间t toffoff1)1)开通时间开通时间t tonon 开通时间：开通时间：ton=td+tr关断时间：关断时间：toff=ts+tf较短，约数较短，约数s比开通时间长许多比开通时间长许多3)3)最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流IATOGTO额定电流。额定电流。手册可查手册可查94)4)电流关断增益电流关断增益 off off一般很小，只有一般很小，只有5左右，这是左右，这是GTO的一个的一个主要缺点主要缺点。最大可关断阳极电流与门极

8、负脉冲电流最大值最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。之比称为电流关断增益。2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）比如比如：一个额定电流为：一个额定电流为1000A的的GTO，关断时门极负脉冲电流，关断时门极负脉冲电流峰值要峰值要200A，这是一个相当大的数值。，这是一个相当大的数值。102&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristorGTO）GTO的主要优缺点：的主要优缺点：优点：优

9、点：在全控型器件中，电压电流在全控型器件中，电压电流容量最大容量最大（比（比SCR略小），略小），开关速度比开关速度比SCR高的多。高的多。缺点：缺点：关断电流增益小，门极负脉冲电流大，关断电流增益小，门极负脉冲电流大，驱动较困难驱动较困难，通态，通态压降较大。压降较大。112&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）GTR是耐高电压、大电流的双极结型晶体管（是耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistorBJT），电流驱动型全控型器件。），电流驱动型全控型器件。GTR的结构的结构12G

10、TR的主要特点的主要特点*主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。*采用至少由两个晶体管按采用至少由两个晶体管按达林顿接法达林顿接法组成的单元结构，电流组成的单元结构，电流放大系数放大系数 较高。较高。*与普通与普通BJT相比，多一个相比，多一个N-漂移区（低掺杂漂移区（低掺杂N区），耐压高。区），耐压高。单管单管GTR的的 值比小功率的晶体管小得多，通常为值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林左右，采用达林顿接法可顿接法可有效增大电流增益有效增大电流增益。比如：两级复合达林顿管的电流放大系数比如：两级复合达林顿管的电流放大系数 =1 2*在应用

11、中，在应用中，GTR一般采用一般采用共发射极共发射极接法。接法。*达林顿复合使达林顿复合使饱和导通压降升高，饱和导通压降升高，使使GTR的的通态损耗通态损耗增加。增加。例如：二重复合例如：二重复合GTR的导通压降：的导通压降：单管临界饱和压降约为单管临界饱和压降约为0.71.0V，则二重复合，则二重复合GTR的大致为的大致为1.42V,三三重复合可达到重复合可达到23V。13GTR的主要应用的主要应用-GTR模块模块2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）目的：改善目的：改善GTR性能，方便使用以及提高可靠性。性能，方便

12、使用以及提高可靠性。绝缘处理绝缘处理续流续流提高关断速度提高关断速度快恢复电力二极管快恢复电力二极管泄露电阻泄露电阻14GTR的基本特性的基本特性-静态特性静态特性2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区，放大区过渡。工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区，放大区过渡。15GTR的基本特性的基本特性-动态特性动态特性2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）门极电流不可撤除直至关断门极电流不可撤除直至关断比

13、比GTO小小驱动驱动GTR在在临界饱和临界饱和，提高关断速度，提高关断速度，但导通压降增大。但导通压降增大。开关速度比开关速度比GTO、SCR快；快；电压电流容量比电压电流容量比GTO小。小。16GTR的主要参数的主要参数2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）1)1)最高工作电压最高工作电压GTR上电压超过规定值时会发生击穿。上电压超过规定值时会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。BUcboBUcexBUcesBUcerBUceo实际使用

14、时，为确保安全，最高工作电压要比实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。低得多。0-开路；开路；x-反向偏置；反向偏置；s-短路；短路；r-接电阻接电阻17GTR的主要参数的主要参数2&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）2)集电极最大允许电流集电极最大允许电流IcM通常规定为通常规定为下降到规定值的下降到规定值的1/21/3时所对应的时所对应的Ic实际使用时，只能用到实际使用时，只能用到IcM的一半左右的裕量。的一半左右的裕量。GTR的电流耐冲击能力远不如的电流耐冲击能力远不如SCR和和GTO。3)3

15、)集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率P PcMcM 最高工作温度下允许的耗散功率。也就是说允许功耗最高工作温度下允许的耗散功率。也就是说允许功耗与散热条件有关。与散热条件有关。182&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）GTR的二次击穿现象与安全工作区的二次击穿现象与安全工作区一次击穿一次击穿:二次击穿二次击穿:集电极电压升高至击穿电压时，集电极电压升高至击穿电压时，I Ic c迅速增大，出现迅速增大，出现雪崩击穿雪崩击穿；只要只要Ic不超过限度，不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。一般不会损坏，工作特性也

16、不变。一次击穿发生时一次击穿发生时I Ic c增大到某个临界点时会突然急剧上升，增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随并伴随电压的陡然下降电压的陡然下降。GTR内部出现电流集中点内部出现电流集中点局部发热局部发热，器件永久损坏，但，器件永久损坏，但管壳温度不明显。管壳温度不明显。192&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）202&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力晶体管（电力晶体管（GiantTransistorGTR）安全工作区（安全工作区（SafeOperatingAreaSOA）二次击穿功率二次

17、击穿功率集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率212&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET）也分为结型和绝缘栅型（类似小功率也分为结型和绝缘栅型（类似小功率FET）通常主要指通常主要指绝缘栅型绝缘栅型中的中的MOS型型（MetalOxideSemiconductorFET）结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（StaticInductionTransistorSIT）引言引言电力电力MOSFET主要是指主要是指N沟道增强型沟道增强型222&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控

18、型器件电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET）工艺结构特点：工艺结构特点：*只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型器件单极型器件。*电力电力MOSFET也是多元集成结构。也是多元集成结构。*采用采用垂直导电垂直导电结构，又称为结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET）大大提高了大大提高了MOSFET器件的器件的耐压和耐电流耐压和耐电流能力。能力。*按按垂直导电结构的差异垂直导电结构的差异，又分为利用，又分为利用V型槽实现垂直导电的型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散和具有垂直导电双扩散MOS结构

19、的结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。）。请自学工作请自学工作特性特性232&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET）1）符号上对照（）符号上对照（NPN和和N沟道）沟道）相似之处相似之处2）控制信号）控制信号(基极和栅极，公共端基极和栅极，公共端)3）电流流向）电流流向（ce和和ds）不同之处不同之处1）电流驱动和电压驱动器件之分）电流驱动和电压驱动器件之分2）从使用角度分析压控方式过程）从使用角度分析压控方式过程加正向电压加正向电压UGS=VT=6V开启电压开启电压导通导通加

20、反向电压加反向电压快速关快速关断断bec控制方式控制方式242&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET）VMOSFET开关速度最高的根本原因：开关速度最高的根本原因：影响开关速度的主要因素：影响开关速度的主要因素：开关时间主要决定于栅极输入电容开关时间主要决定于栅极输入电容C Cinin的充放电快慢，应尽的充放电快慢，应尽可能减小栅极回路内阻可能减小栅极回路内阻 的值，从而减小时间常数的值，从而减小时间常数 从机理上属于单极型（多子）导电器件，主要是通过从机理上属于单极型（多子）导电器件，主要是通过电场电场感应感应控制控制反型层

21、反型层沟道宽度，从而实现导电。沟道宽度，从而实现导电。不存在正偏不存在正偏PN结所固有的结所固有的载流子存储效应载流子存储效应（失去了电导调制（失去了电导调制效应），也不存在少子复合问题，这是根本原因。效应），也不存在少子复合问题，这是根本原因。252&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件电力场效应晶体管电力场效应晶体管（PowerMOSFET）VMOSFET的优缺点：的优缺点：*优点：优点：*缺点：缺点：电压电流容量最小（全控）；通态压降较大，即电压电流容量最小（全控）；通态压降较大，即ID增大，增大，则压降随之增大（则压降随之增大（因无正向因无正向PN结的电导调制效应结的电导调

22、制效应）开关频率最高；驱动电流小，易驱动，通态电阻具有正开关频率最高；驱动电流小，易驱动，通态电阻具有正温度系数（有利于器件并联均流）。温度系数（有利于器件并联均流）。GS阻抗高，容易积累较多电荷，形成强内部电场，一阻抗高，容易积累较多电荷，形成强内部电场，一般般在不用时在不用时将将GS之间短接，以防静电击穿。之间短接，以防静电击穿。262&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistorIGBT或或IGT）*GTR的特点的特点双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关双极型，电流驱动，有

23、电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。*MOSFET的优点的优点单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。IGBT是将是将GTR和和MOSFET取长补短结合而成的复合器件，取长补短结合而成的复合器件，具有好的特性，已是市面上的主导器件。具有好的特性，已是市面上的主导器件。272&9.1 2&9.1 典型全控型器件典型全控型器件绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBip

24、olarTransistorIGBT或或IGT）*IGBT的符号及控制方式的符号及控制方式压控器件，通断由栅射极电压压控器件，通断由栅射极电压UGE决定。决定。导通导通：UGEUGE(th)时，时，MOSFET内形成沟道内形成沟道;为晶体管提供基极电流，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。导通。导通压降导通压降：电导调制效应使电阻：电导调制效应使电阻RN减小减小,使通态压降小。使通态压降小。关断关断：栅射极间施加：栅射极间施加反压或不加信号反压或不加信号时，时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。关断。282&9.1 2&9.1

25、 典型全控型器件典型全控型器件绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistorIGBT或或IGT）*IGBT的主要特点的主要特点*开关速度高，开关损耗小开关速度高，开关损耗小;*开关频率略低于开关频率略低于MOSFET;*电压电流容量大，高于电压电流容量大，高于GTR;*驱动电流小，驱动电路简单驱动电流小，驱动电路简单;其它新型器件自学其它新型器件自学29总总 结结电压驱动型：电压驱动型：特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。单，工作频率高。电流驱动型：电流驱动型：特点：具有电导调

26、制效应，因而通态压降低，导通损耗特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大小，但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路驱动电路较复杂。较复杂。30当前的格局当前的格局:电压电流额定值由高到低电压电流额定值由高到低:SCR、GTO、IGBT、GTR、P-MOSFET。工作频率由高到低：工作频率由高到低：P-MOSFET、IGBT、GTR、GTO、SCR。总总 结结312&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路驱动电路驱动电路主电路与控制电路之间的接口。主电路与控制电路之间的接口。

27、可使电力电子器件工作在较可使电力电子器件工作在较理想的开关状态理想的开关状态；在驱动电路；在驱动电路中设置对器件或整个装置的一些中设置对器件或整个装置的一些保护措施保护措施。驱动电路的基本任务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开通或关断的的信号。（半控型器件、全控型器件）信号。（半控型器件、全控型器件）*提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用用光隔离或磁隔离光

28、隔离或磁隔离。1 1、引言、引言322&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路光隔离光隔离-一般采用一般采用光电耦合器光电耦合器。磁隔离磁隔离-通常采用通常采用脉冲变压器脉冲变压器，多用于晶闸管触发电路中。，多用于晶闸管触发电路中。332&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路2、晶闸管触发电路、晶闸管触发电路作用：产生门极触发脉冲，保证作用：产生门极触发脉冲，保证SCR需要时由阻断转为导通。需要时由阻断转为导通。限流电阻限流电阻*V1、V

29、2导通时导通时*V2关断时关断时UVD3=UGK产生输出脉冲产生输出脉冲防止负脉冲和干扰防止负脉冲和干扰342&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路3.电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式。三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式。*GTO驱动电路驱动电路-大容量电路的场合大容量电路的场合 直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，直接耦合式驱动电路可避

30、免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到可得到较陡的脉冲前沿较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低。较低。352&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路*GTO直接耦合式驱动电路直接耦合式驱动电路36二极管二极管VD1和电容和电容C1提供提供+5V电压电压VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供构成倍压整流电路提供+15V电压电压VD4和电容和电容C4提供提供-15V电压电压典型的直接耦合式典型的直接耦合式GTO驱动电路：驱动电路：V1开通时，输出正强脉冲开通时

31、，输出正强脉冲V2开通时输出正脉冲平顶部分开通时输出正脉冲平顶部分V2关断而关断而V3开通时输出负脉冲开通时输出负脉冲V3关断后关断后R3和和R4提供门极负偏压提供门极负偏压372&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路*GTR驱动电路驱动电路3.电流驱动型器件的驱动电路电流驱动型器件的驱动电路开通驱动电流应使开通驱动电流应使GTR处于处于临界饱和导通临界饱和导通状态，使之不状态，使之不进入放大区和深饱和区。进入放大区和深饱和区。关断关断GTR时，施加时，施加一定的负基极电流一定的负基极电流有利于减小关断时间有利于减

32、小关断时间和关断损耗，关断后在和关断损耗，关断后在基射极之间施加基射极之间施加一定幅值（一定幅值（6V左右）的左右）的负偏压负偏压。构成贝克箝位电路，即抗饱和电路构成贝克箝位电路，即抗饱和电路382&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路*GTR驱动电路驱动电路电气隔离电气隔离晶体管放大电路晶体管放大电路39GTR的驱动电路分析：的驱动电路分析：*二极管二极管VD2和电位补偿二极管和电位补偿二极管VD3构成构成贝克箝位贝克箝位抗饱和电路。抗饱和电路。负载较轻时，负载较轻时，V5发射极电流全注入发射极电流全注入V，会使

33、，会使V过饱和。当过饱和。当V过饱和使过饱和使得集电极电位低于基极电位时，得集电极电位低于基极电位时，VD2会自动导通，使多余的驱动电流流会自动导通，使多余的驱动电流流入集电极，维持入集电极，维持Ubc0。*C2-加速开通过程的电容，也有储能作用。加速开通过程的电容，也有储能作用。开通时，开通时，R5被被C2短路。可实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，短路。可实现驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开通。加快开通。*关断驱动电路：由关断驱动电路：由C2、V6、Vs、VD4、R5构成。构成。*V导通时，导通时，C2电容极性为左电容极性为左“+”右右“-”。*当当V5截止、截止、V6导通，导通

34、，C2先通过先通过V6、V的发射结和的发射结和VD4放电，使放电，使V截止；截止；*接着，接着，VS使使C2继续放电。继续放电。VS上的电压使上的电压使V的发射结反偏；的发射结反偏；*C2还通过还通过R5放电。（开通充电储能，关断释放能量）放电。（开通充电储能，关断释放能量）402&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路4.电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路电力电力MOSFET和和IGBT是是电压驱动型电压驱动型器件。要求驱动电路器件。要求驱动电路具有较小的输出电阻，使具有较小的输出电阻，使Cin快速充

35、电，快速建立驱动电压。快速充电，快速建立驱动电压。栅源、栅射极间驱动电压一般取栅源、栅射极间驱动电压一般取15V左右，关断时，施加左右，关断时，施加-10V左右的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。左右的负驱动电压，有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只数欧至数十欧电阻，可以在栅极串入一只数欧至数十欧电阻，可以减小寄生振荡减小寄生振荡。电阻阻值随驱动器件电流增大而减小。电阻阻值随驱动器件电流增大而减小。412&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路电力电力MOSFET的一种驱动电路：的一种驱动电路：电气隔

36、离和晶体管放大电气隔离和晶体管放大两部分两部分V2，V3互补功放互补功放高速放大器输入高电平，高速放大器输入高电平，高速放大器输入低电平，高速放大器输入低电平，UGS=+15VUGS=-10V双向限幅保护双向限幅保护42IGBT的驱动电路的驱动电路-多采用专用的混合集成驱动器多采用专用的混合集成驱动器(过流保护过流保护)2&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的驱动电路电力电子器件的驱动电路IGBT432&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护1.过电压的产生及过压保护过电压的

37、产生及过压保护外因过电压：主要来自电力系统的开关操作（如分、合闸等）、外因过电压：主要来自电力系统的开关操作（如分、合闸等）、电网波动、闪变、电网谐波污染以及雷击等引起的电网波动、闪变、电网谐波污染以及雷击等引起的 浪涌尖峰浪涌尖峰。这些影响会由供电变压器电磁感应，或。这些影响会由供电变压器电磁感应，或 经变压器绕组分布电容静电感应耦合到经变压器绕组分布电容静电感应耦合到PEPE装置中。装置中。内因过电压：是指在内因过电压：是指在PEPE装置内部、电力电子器件控制换流的开关装置内部、电力电子器件控制换流的开关 过程中，由于电流发生突变会因线路过程中，由于电流发生突变会因线路电感电感而在器件而在

38、器件 两端产生的过电压。两端产生的过电压。442&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护外因过电压外因过电压抑制措施抑制措施:1)RC过电压抑制电路最为常见。过电压抑制电路最为常见。RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称侧称网侧网侧，电力电子电路一侧称，电力电子电路一侧称阀侧阀侧），或电力电子电路的），或电力电子电路的直直流侧流侧。452&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护外因过电压外因过电

39、压抑制措施抑制措施:2)整流式整流式RC阻容吸收电路。阻容吸收电路。常用于常用于大容量大容量电力电子装置中。电力电子装置中。462&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护2.过电流保护过电流保护-过载和短路过载和短路过电流保护的方式主要有：过电流保护的方式主要有：*快速熔断器、直流快速断路器或者过流继电器。快速熔断器、直流快速断路器或者过流继电器。*电子电路保护电子电路保护1 1）对电动机起动的）对电动机起动的冲击电流或过载冲击电流或过载等变化较慢的过电流，可等变化较慢的过电流，可 以利用控制系统本身调节器对电机电流进行限制

40、。以利用控制系统本身调节器对电机电流进行限制。2 2）设置专门的过电流保护电子电路设置专门的过电流保护电子电路，利用电流互感器、霍尔电，利用电流互感器、霍尔电 流传感器或者取样电阻来检测电流，当电流超过一定门限流传感器或者取样电阻来检测电流，当电流超过一定门限 时，驱使网侧断路器分断，或通过电子保护电路去控制触发时，驱使网侧断路器分断，或通过电子保护电路去控制触发 电路、驱动电路或直接关断主电路器件。电路、驱动电路或直接关断主电路器件。3 3）专门的电子热保护实现过载保护专门的电子热保护实现过载保护。472&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的

41、保护电力电子器件的保护3.缓冲电路缓冲电路(Snubber)作用：防止作用：防止PEPE系统系统内因过电压内因过电压尖峰，保护器件，减小开关损耗。尖峰，保护器件，减小开关损耗。1)关断缓冲电路关断缓冲电路(RCD)-du/dt 抑制电路抑制电路吸收器件的吸收器件的关断关断过电压和换相过电压，抑制过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小，减小关断损耗。关断损耗。2)开通缓冲电路开通缓冲电路(LRD)-di/dt 抑制电路抑制电路抑制器件抑制器件开通时开通时的电流过冲和的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。，减小器件的开通损耗。*充放电型充放电型RCD缓冲电路，适用于缓冲电路，适用于中等容量

42、中等容量的场合。的场合。*电路中使用中大功率无感电阻、高压无感电容、快恢复高压二极管。电路中使用中大功率无感电阻、高压无感电容、快恢复高压二极管。482&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护RCD缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析:无缓冲电路：无缓冲电路：V开通时电流迅速上升，开通时电流迅速上升，di/dt 很大很大关断时关断时du/dt 很大，并出现很高的过电压。很大，并出现很高的过电压。有缓冲电路：有缓冲电路：V开通时：开通时：Cs通过通过Rs向向V放电，使放电，使iC先上一个台阶，以后因先上一个台阶，以后因有有Li，i

43、C上升速度减慢。上升速度减慢。V关断时：关断时：负载电流通过负载电流通过VDs向向Cs充电，减轻了充电，减轻了V的负的负担，抑制了担，抑制了du/dt和过电和过电压。压。*减缓减缓du/dt；*吸收尖峰；吸收尖峰；*充电分流使充电分流使V电流减小电流减小492&9.2 2&9.2 电力电子器件应用的共性问题电力电子器件应用的共性问题电力电子器件的保护电力电子器件的保护4.RC简单吸收电路简单吸收电路主要用于小容量全控器件和中大容量主要用于小容量全控器件和中大容量SCR、二极管和继、二极管和继电器线圈。电器线圈。SCR正反向均有阻断作用，不宜采用正反向均有阻断作用，不宜采用RCD吸收。吸收。IGBTSCR502&9.3 2&9.3 本章小结本章小结主要内容：主要内容：全全面面介介绍绍各各种种主主要要电电力力电电子子器器件件的的基基本本结结构构、工工作作原原理、基本特性和主要参数等。理、基本特性和主要参数等。集中讨论电力电子器件的驱动、保护等共性问题。集中讨论电力电子器件的驱动、保护等共性问题。电力电子器件类型归纳电力电子器件类型归纳单极型：电力单极型：电力MOSFET双极型：电力二极管、晶闸管、双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR复合型：复合型：IGBT51作业作业P42 6,8P42 6,8P206 2,3,4,5P206 2,3,4,552