第五讲-电力电子器件的驱动.
合集下载
电力电子器件的驱动与缓冲吸收电路概述
电力电子器件的驱动与缓冲吸收电路概述
三端功率开关器件的导通与否是通过门极控制的。
不同的电力电子器件对门极驱动信号有不同的要求。
通常，普通晶闸管要求门极胜发信号要有一定的幅度、宽度和陡度。
大功率晶体管的基极驱动要求提供足够的基极驱动电流，导通时能保证器件工作于饱和状态。
关断时要给基极施加一定的反向电压，以提高关断速度和提高承受集射极间电座的能力。
GTO晶闸管对门极驱动信号提出了更严格的要求，GTO晶闸管与普通晶闸管一祥靠合适的门极触发脉冲电流使其导通，因GTO晶闸管的维持电流较普通晶闸管的大，在负载电流变化较大的情况下，需要在导通期间连续地供给门极电流。
GTO晶闸管的门极关断电路应能供给为了切断值可关断电流所需要的门极关断电流，在关断期间要设置反偏电压以提高抗干扰能力。
IG-BT和功率MOSFET的驱动是最容易的，由于这两种功率器件的门极与阴极之间是绝缘的，所以是电压控制器件，驱动功率小，其门极可用一个电容与一个电阻的串联来等效。
所以这两种器件的门极驱动电路应能提供容性负载下的脉冲电流，频率愈高，容量愈大，需要的驱动电流愈大。
器件关断时，门极一般需要施加一个合适的反向电压，以提高关断速度和增强抗干扰能力。
电力电子器件驱动电路和电力电子器件器件的保护
湖南省技工学校理论教学教案教师姓名：注：教案首页，教案用纸由学校另行准备湖南省劳动厅编制益阳高级技工学校(2) GTR开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱关断GTR时，施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗。
关断后同样应在基射极之间施加一定幅值（6V左右）的负偏压。
电压驱动型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。
为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。
使MOSFET动电压一般10~15V，使IGBT开通的驱动电压一般15 ~ 20V。
关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ~ -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。
在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。
(2) IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。
益阳高级技工学校三、电力电子器件器件的保护1 过电压的产生及过电压保护电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因。
操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起；雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程）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，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。
）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。
过电压保护措施2 过电流保护过电流——过载和短路两种情况保护措施同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。
电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，益阳高级技工学校益阳高级技工学校。
1.5电力电子器件的驱动解读
2019/2/19
放大区 ib3 ib2 ib1
ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce
9
1.5.3 GTR的驱动电路——要求
对GTR驱动的要求： ③ 关断GTR的过程中应提供反向基极电流，抽取器件内部 的载流子，使GTR快速关断。 ④ 当GTR处于阻断状态时最好在其基极-发射极之间加一定的 反向电压，增加GTR的阻断能力和防止误导通。
2019/2/19
13
1.5.3 GTR的驱动电路——驱动电路
驱动电路举例2 关断过程动态分析：即u=0->1， VT1、VT2截止，VT3导通，刚导 通瞬间，电容电压不能突变（左 正右负），所以GTR基极电压相 当于电容电压与-VEE串联，GTR基 极电位低于-VEE，加速其关闭。
可见电容的作用：加速导通， 并且避免过饱和。加速关断过程。 简称加速电容。
2019/2/19
18
1.5.4 功率场效应管的驱动电路-3
图为一种简单的磁耦合驱动电路。 晶体管VT导通时脉冲变压器的初 级线圈中电流上升，使得次级感应 出上正下负的电压，该电压通过二 极管VD1为MOSFET的输入电容充 电，使MOSFET导通。VT关断时 脉冲变压器初级的电流下降，次级 线圈中感应出上负下正的电压，使 MOSFET的输入电容反向充电，栅 -源之间的电压由正变负， MOSFET关断。
iG
GTO的驱动波形
t 0
6
1.5.2 GTO的驱动电路——要求
对触发电流的波形的要求： ④ 关断门极电流的上升沿要陡， 一般要求关断门极电流的上 升率为10—50A/μs。 ⑤ 关断门极电流脉冲要有一定 的幅度，该幅度与欲关断的 阳极电流的大小和关断增益 βOFF有关。 ⑥ 关断脉冲要有一定的宽度， 从而保证可靠关断
放大区 ib3 ib2 ib1
ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce
9
1.5.3 GTR的驱动电路——要求
对GTR驱动的要求： ③ 关断GTR的过程中应提供反向基极电流，抽取器件内部 的载流子，使GTR快速关断。 ④ 当GTR处于阻断状态时最好在其基极-发射极之间加一定的 反向电压，增加GTR的阻断能力和防止误导通。
2019/2/19
13
1.5.3 GTR的驱动电路——驱动电路
驱动电路举例2 关断过程动态分析：即u=0->1， VT1、VT2截止，VT3导通，刚导 通瞬间，电容电压不能突变（左 正右负），所以GTR基极电压相 当于电容电压与-VEE串联，GTR基 极电位低于-VEE，加速其关闭。
可见电容的作用：加速导通， 并且避免过饱和。加速关断过程。 简称加速电容。
2019/2/19
18
1.5.4 功率场效应管的驱动电路-3
图为一种简单的磁耦合驱动电路。 晶体管VT导通时脉冲变压器的初 级线圈中电流上升，使得次级感应 出上正下负的电压，该电压通过二 极管VD1为MOSFET的输入电容充 电，使MOSFET导通。VT关断时 脉冲变压器初级的电流下降，次级 线圈中感应出上负下正的电压，使 MOSFET的输入电容反向充电，栅 -源之间的电压由正变负， MOSFET关断。
iG
GTO的驱动波形
t 0
6
1.5.2 GTO的驱动电路——要求
对触发电流的波形的要求： ④ 关断门极电流的上升沿要陡， 一般要求关断门极电流的上 升率为10—50A/μs。 ⑤ 关断门极电流脉冲要有一定 的幅度，该幅度与欲关断的 阳极电流的大小和关断增益 βOFF有关。 ⑥ 关断脉冲要有一定的宽度， 从而保证可靠关断
第4章 电力电子器件的驱动与保护
图4.11 门极驱动电路实例1
4.1.2 GTO驱动电路
2) 双电源光电耦合GTO门极驱动电路
图4.12 门极驱动电路实例2
4.1.3 GTR驱动电路
1. 对基极驱动电路的基本要求 ① 控制开通GTR时，驱动电流前沿要陡(小于1 μs )，并有一定的过冲 电流，以缩短开通时间，减小开通损耗。 ② GTR导通后，应相应减小驱动电流，使GTR处于准饱和导通状态， 且使之不进入放大区和深饱和区，以降低驱动功率，缩短储存时间。 ③ GTR关断时，应迅速加上足够大的反向基极电流，迅速抽取基区 的剩余载流子，确保GTR快速关断，并减小关断损耗。 ④ GTR的驱动电路要具有自动保护功能，以便在故障状态下能快速 自动切除基极驱动信号，避免GTR遭至损坏。
图4.13 理想的GTR基极驱动电流波形
4.1.3 GTR驱动电路
2. 贝克钳位电路 为了提高GTR的工作速度，都以抗饱和的贝克钳 位电路作为基本电路。它使GTR工作在准饱和状 态，提高了器件开关过程的快速性能，因此成为 一种被广泛采用的基本电路。电路的具体形式如 图4.14所示。
图4.14 贝克钳位电路
GE GE GE
GE
GE
GE
4.1.4 IGBT驱动电路
④ 要提供大小合适的反向驱动电压。IGBT关断时，在栅 极和发射极间施加反向电压(－U )可防止因关断时浪涌电 流过大而使IGBT误导通，并使IGBT快速关断。但反向驱 动电压也不能过高，否则会造成栅-射极反向击穿。一般 取反向电压数值为－5～－10V。 ⑤ 要提供合适的开关时间。快速开通和关断有利于提高 工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载情况下，开关 时间过短会产生很高的尖峰电压，造成元器件击穿。因此 提供合适的开关时间，才能保证IGBT正常工作并不致损 坏。 ⑥ 要有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。驱动电 路与信号控制电路要严格进行电气隔离，防止相互间的干 扰；还要有完整的自保护功能。同时，信号控制电路到驱 动电路IGBT模块的引线要尽量短，且采用双绞线或同轴 电缆屏蔽线，以免引起干扰。
电力电子技术第2章 电力电子器件的驱动与保护
(b) (a)
图2-1 光电耦合器的类型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
✓磁隔离的元件通常是脉冲变压器。
(c)
R：限流电阻
电力电子技术
4
2.1 电力电子器件的驱动电路
驱动电路分类
按驱动信号性质，可分为电流驱动型和电压驱动型。 具体形式可为分立元件、集成驱动电路。 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合 集成电路。 首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。
2.1.1 晶闸管触发电路
VD11
~VD
14
220 V 36V
+15 V
R15
C7 + C6 B
VD 15
+Vc + 15 V
VD 7
TP VD8
R18
R14 R
13
VD9
脉冲信号
C5
R16
VD6
VT7
VT8
电力电子技术
21
2.1.1 晶闸管触发电路
同步信号为锯齿波的触发电路工作波形
u ST
ωt
R15
图2-3b）磁耦合隔离的晶闸管驱动电路
前进
电力电子技术
12
2.1.1 晶闸管触发电路
3. 同步信号为锯齿波的触发电路
该电路可分为：脉冲形成与放大、锯齿波形成及脉冲移相、同步信 号处理
三个基本环节，以及双脉冲形成、强触发等环节。
同步 信号 同步
信号 处理
uK
锯齿 波形
成
脉冲 移相 控制
脉冲 形成 (单稳 态）
由阻断转为导通。 ✓触发信号可以是交流形式，也可直流形式，但它们对门极-阴极来 说必须是正极性的。 ✓为了减少功率，触发信号通常采用脉冲形式。 ✓往往包括相位控制电路。
第三章电力电子器件的驱动及保护
– C2为加速开通过程的电容。开通时，R5被C2短路。可实现 驱动电流的过冲，并增加前沿的陡度，加快开通
驱动GTR的集成
驱动电路：
THOMSON公司的 UAA4002和三菱公 司的M57215BL
+15V
A
V1
R1
R2
R3
V3 VD1
V2
C1
R4
V4 V5 C2
R5 V6
+10V
VD2
VD3
V
VD4 VS 0V
增大阻容保护中电阻值可以减小di / dt ，但会降低阻容保护对晶闸
管过电压保护的效果。在晶闸管回路串联电感是限制 di / dt 的有效方
法． 晶闸管的保护是关系到晶闸管装置能否安全可靠地运行的问题，但
对于保护装置的定量计算还没有成熟的和统一的计算方法，有待于进一 步研究和实践。
3.3 电力电子器件的缓冲电路
①串接交流进线电抗或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗能有效地限制短路 电流，保护晶闸管，但负载电流大时存在较大的交流压降。
图1-90 快速熔断器保护 a）桥臂晶闸管串接快熔 b）交流侧快熔 c）直流侧快熔
三、电压上升率 du / dt及其限制
晶闸管在阻断状态下存在结电容。当加在晶闸管上的正向电压上升率
2．直流侧过电压及其保护
直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，如图1-88所示，对 于容量较小装置，可采用阻容保护抑制过电压；如果容量较大，采用 阻容保护，将影响系统的快速性，此时应选择硒堆或压敏电阻保护。
图1-88 晶闸管直流侧过电压保护
3．晶闸管关断过电压及其保护
关断过电压保护最常用的方法是，在晶闸管两端并联RC吸收 电路，如图1-89所示。利用电容的充电作用，可降低晶闸管反向电 流减小的速度，吸收关断过电压，把它限制在允许范围内。实用时 为了防止电路振荡和限制管子开通损耗和电流上升率，阻容吸收电 路要尽量靠近晶闸管，引线要短最好采用无感电阻。
驱动GTR的集成
驱动电路：
THOMSON公司的 UAA4002和三菱公 司的M57215BL
+15V
A
V1
R1
R2
R3
V3 VD1
V2
C1
R4
V4 V5 C2
R5 V6
+10V
VD2
VD3
V
VD4 VS 0V
增大阻容保护中电阻值可以减小di / dt ，但会降低阻容保护对晶闸
管过电压保护的效果。在晶闸管回路串联电感是限制 di / dt 的有效方
法． 晶闸管的保护是关系到晶闸管装置能否安全可靠地运行的问题，但
对于保护装置的定量计算还没有成熟的和统一的计算方法，有待于进一 步研究和实践。
3.3 电力电子器件的缓冲电路
①串接交流进线电抗或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗能有效地限制短路 电流，保护晶闸管，但负载电流大时存在较大的交流压降。
图1-90 快速熔断器保护 a）桥臂晶闸管串接快熔 b）交流侧快熔 c）直流侧快熔
三、电压上升率 du / dt及其限制
晶闸管在阻断状态下存在结电容。当加在晶闸管上的正向电压上升率
2．直流侧过电压及其保护
直流侧保护可采用与交流侧保护相同的方法，如图1-88所示，对 于容量较小装置，可采用阻容保护抑制过电压；如果容量较大，采用 阻容保护，将影响系统的快速性，此时应选择硒堆或压敏电阻保护。
图1-88 晶闸管直流侧过电压保护
3．晶闸管关断过电压及其保护
关断过电压保护最常用的方法是，在晶闸管两端并联RC吸收 电路，如图1-89所示。利用电容的充电作用，可降低晶闸管反向电 流减小的速度，吸收关断过电压，把它限制在允许范围内。实用时 为了防止电路振荡和限制管子开通损耗和电流上升率，阻容吸收电 路要尽量靠近晶闸管，引线要短最好采用无感电阻。
9 电力电子器件的驱动汇总
GTO V GTO L 1 L R3
R3 R4
VD2
N33 N C4C4 VD VD 4
4
V3
V3
R4
VD4和电容C4提供-15V电压
2018/10/15 电力电子技术
太原工业学院自动化系
C2 VD3
R1 R2 C3 V2 C4 V3 V1 GTO L R3 R4
VD1 50kHz N 1 50V N2 N3 C1 VD4
保护原则：将过电压的幅值抑制 到安全的限度以内。
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型电力电子技术
太原工业学院自动化系
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公 共端之间信号的性质分，可分为电流驱动型 和电压驱动型。 驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前 的趋势是采用专用集成驱动电路。
• 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在 内的混合集成电路。
2018/10/15 电力电子技术
太原工业学院自动化系
9.1.3 典型全控型器件的驱动电路
1. 电流驱动型器件的驱动电路
1) GTO
GTO 的 开 通控 制 与 普 通晶 闸管相似，但对脉冲前沿的 幅值和陡度要求高，且一般 需在整个导通期间施加正门 极电流。
uG O t
iG O t
使 GTO 关断需施加负门极 电流，对其幅值和陡度的要 求更高，关断后还应在门阴 极施加约 5V 的负偏压以提高 抗干扰能力。
VD4
C4
V3
VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V 电压
2018/10/15 电力电子技术
C2 VD3
C2 VD3
太原工业学院自动化系
R1
R1 R 2 R2
电力电子技术-电力电子器件器件的驱动电路
过流过压保护系统：检测负载或开关器件的电流、电压，保护变换器中的 开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。
缓冲电路：在开通和关断过程中防止开关过压和过流，减小du/dt和di/dt ，减小开关损耗。
电感(电抗器)和变压器：变压器变换主电路或控制系统中的电压，或用以 实现原副方的电气隔离要求，电感则用于滤波、平波、均流、能量 转换及减小电流变化率。
辅助元器件和系统 (1)
2. MOSFET和IGBT的驱动电路
电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 使MOSFET开通的驱动电压一般10～15V 使IGBT开通的驱动电压一般15 ～ 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ～ -15V）有 利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。
不超过门极电压、电流和功率 定额，且在可靠触发区域之内 。
有良好的抗干扰性能、温度稳 定性及与主电路的电气隔离。
tt t
t
12
3
4
理想的晶闸管触发脉冲电流波形
t1－t2⎯脉冲前沿上升时间 （<1μs） t1－t3⎯强脉冲宽度 IM⎯强脉冲幅值（3IGT－5IGT） t1－t4⎯脉冲宽度 I⎯脉冲平顶幅值（1.5IGT－ 2IGT）
辅助元器件和系统 (1)
(2) IGBT的集成驱动电路 多采用专用的混合集成驱动器。
M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图 常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L） 和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和 EXB851）。
辅助元器件和系统 (1)
ID
IC E
E
E
缓冲电路：在开通和关断过程中防止开关过压和过流，减小du/dt和di/dt ，减小开关损耗。
电感(电抗器)和变压器：变压器变换主电路或控制系统中的电压，或用以 实现原副方的电气隔离要求，电感则用于滤波、平波、均流、能量 转换及减小电流变化率。
辅助元器件和系统 (1)
2. MOSFET和IGBT的驱动电路
电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 使MOSFET开通的驱动电压一般10～15V 使IGBT开通的驱动电压一般15 ～ 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ～ -15V）有 利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。
不超过门极电压、电流和功率 定额，且在可靠触发区域之内 。
有良好的抗干扰性能、温度稳 定性及与主电路的电气隔离。
tt t
t
12
3
4
理想的晶闸管触发脉冲电流波形
t1－t2⎯脉冲前沿上升时间 （<1μs） t1－t3⎯强脉冲宽度 IM⎯强脉冲幅值（3IGT－5IGT） t1－t4⎯脉冲宽度 I⎯脉冲平顶幅值（1.5IGT－ 2IGT）
辅助元器件和系统 (1)
(2) IGBT的集成驱动电路 多采用专用的混合集成驱动器。
M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图 常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L） 和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和 EXB851）。
辅助元器件和系统 (1)
ID
IC E
E
E
《电力电子技术》第五版 第9章 电力电子器件应用的共性问题
电力MOSFET的一种驱动电路 图9-8 电力 的一种驱动电路
专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电 专为驱动电力 而设计的混合集成电 路有三菱公司的M57918L,其输入信号电流幅值 , 路有三菱公司的 为16mA,输出最大脉冲电流为 ,输出最大脉冲电流为+2A和-3A,输出 和 , 驱动电压+15V和-10V. 和 驱动电压 .
二,驱动电路的基本任务
◆按控制目标的要求给器件施加开通或关断的 按控制目标的要求给器件施加开通或关断的 开通 信号. 信号. 对半控型器件只需提供开通控制信号 开通控制信号; ◆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 既要提供开通控制信号, 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. 关断控制信号. ■驱动电路还要提供控制电路与主电路之间 电气隔离环节 一般采用光隔离 磁隔离. 环节, 光隔离或 的电气隔离环节,一般采用光隔离或磁隔离.
开通控制与普通晶闸管 O 相似, 相似,但对触发脉冲前沿 的幅值和陡度要求高, 的幅值和陡度要求高,且 i 一般需在整个导通期间施 O 加正门极电流, 加正门极电流,使GTO关 关 断需施加负门极电流, 断需施加负门极电流,对 其幅值和陡度的要求更高. 其幅值和陡度的要求更高.
G
幅值需达阳极电流 左右, 的1/3左右,陡度需 左右 达50A/s,强负脉 , 冲宽度约30s,负 冲宽度约 , 脉冲总宽约100 脉冲总宽约 s
构成的脉冲放大环 ◆由V1,V2构成的脉冲放大环 和脉冲变压器TM和附属电路 节和脉冲变压器 和附属电路 脉冲输出环节两部分组成 构成的脉冲输出环节两部分组成. 构成的脉冲输出环节两部分组成. 导通时, ◆当V1,V2导通时,通过脉冲 变压器向晶闸管的门极和阴极之 间输出触发脉冲. 间输出触发脉冲. 是为了V ◆VD1和R3是为了 1,V2由导通 变为截止时脉冲变压器TM释放 变为截止时脉冲变压器 释放 其储存的能量而设的. 其储存的能量而设的.
专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电 专为驱动电力 而设计的混合集成电 路有三菱公司的M57918L,其输入信号电流幅值 , 路有三菱公司的 为16mA,输出最大脉冲电流为 ,输出最大脉冲电流为+2A和-3A,输出 和 , 驱动电压+15V和-10V. 和 驱动电压 .
二,驱动电路的基本任务
◆按控制目标的要求给器件施加开通或关断的 按控制目标的要求给器件施加开通或关断的 开通 信号. 信号. 对半控型器件只需提供开通控制信号 开通控制信号; ◆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 既要提供开通控制信号, 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. 关断控制信号. ■驱动电路还要提供控制电路与主电路之间 电气隔离环节 一般采用光隔离 磁隔离. 环节, 光隔离或 的电气隔离环节,一般采用光隔离或磁隔离.
开通控制与普通晶闸管 O 相似, 相似,但对触发脉冲前沿 的幅值和陡度要求高, 的幅值和陡度要求高,且 i 一般需在整个导通期间施 O 加正门极电流, 加正门极电流,使GTO关 关 断需施加负门极电流, 断需施加负门极电流,对 其幅值和陡度的要求更高. 其幅值和陡度的要求更高.
G
幅值需达阳极电流 左右, 的1/3左右,陡度需 左右 达50A/s,强负脉 , 冲宽度约30s,负 冲宽度约 , 脉冲总宽约100 脉冲总宽约 s
构成的脉冲放大环 ◆由V1,V2构成的脉冲放大环 和脉冲变压器TM和附属电路 节和脉冲变压器 和附属电路 脉冲输出环节两部分组成 构成的脉冲输出环节两部分组成. 构成的脉冲输出环节两部分组成. 导通时, ◆当V1,V2导通时,通过脉冲 变压器向晶闸管的门极和阴极之 间输出触发脉冲. 间输出触发脉冲. 是为了V ◆VD1和R3是为了 1,V2由导通 变为截止时脉冲变压器TM释放 变为截止时脉冲变压器 释放 其储存的能量而设的. 其储存的能量而设的.
第五章 电力电子技术 驱动电路
IGBT模块的驱动
1、栅极驱动电压 开通时，建议15V的正栅极电压，不超出12V至20V 为 了噪声时保持关断，施加关断反向偏压，采用关断反向 偏压还减少了关断损耗。反向偏压在5V-15V范围内。 2、栅极串联电阻 数值较小的电阻使栅极电容的充放电较快，从而减小 开关时间和开关损耗 ;dv/dt在栅极电阻间产生电压，可 导致IGBT误开通 较小的栅极电阻它只能承受较小的栅极噪声并导致产 生振荡问题 ; 还使得开通di/dt变大。这会导致较高的 dv/dt，增加了FWD恢复时的浪涌电压
二、理想驱动电流波形
驱动电路举例
功率MOSFET的驱动电路
MOSFET是电压控制器件，栅极输入阻抗很高，一般在109 范围内。驱动电路功耗很小，电路设计非常简单，有时可直接 用MOSFET器件为了尽量减小开关时间，常采用射极跟随器来 驱动MOSFET 当输入信号为高电平时，VT1导通。VT2截止，电源加到 栅极上，使MOSFET导通。当输入信号为低电平时，VT1截止， VT2导通，使MOSFET迅速截止。 稳压管VS保护栅极免受从漏极耦合过来的高电压。
第五章 驱 动 电 路
一、大功率晶体管驱动电路
驱动电路基本要求 理想驱动电流波形 驱动电路举例
二、功率栅极驱动电压 栅极串联电阻 IGBT模块的保护
dv/dt保护 短路保护
大功率晶体管驱动电路
一、基极驱动电路的基本要求
开关时间小 导通管压降小但不深饱和 关断阻断电压高
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
t1~t2脉冲前沿上升时间（<1s） t1~t3强脉宽度
IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4脉冲宽度 I脉冲平顶
幅值（1.5IGT~2IGT）
10Βιβλιοθήκη 5.2 晶闸管的触发电路常见的晶闸管触发电路
V环1节、。V2构成脉冲放大
脉冲变压器TM和附属 电路构成脉冲输出环 节。
V1、V2导通时，通过 脉冲变压器向晶闸管 的门极和阴极之间输 出触发脉冲。
驱动电路的基本任务：
按控制目标的要求施加开通或关断的信号。 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。
3
5.1 电力电子器件驱动电路概述
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
压器耦合式和直接耦合
式两种类型。
图1-28
正的门极电流
t
推荐的GTO门极电压电流波形
12
5.3 典型全控型器件的驱动电路
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，可得到较陡的脉冲前沿。 目前应用较广，但其功耗大，效率较低。
图1-29 典型的直接耦合式GTO驱动电路
13
5.3 典型全控型器件的驱动电路
第五讲
电力电子器件的驱动
1
电力电子器件器件的驱动
5.1 电力电子器件驱动电路概述 5.2 晶闸管的触发电路 5.3 典型全控型器件的驱动电路
2
5.1 电力电子器件驱动电路概述
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。 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。
16
5.3 典型全控型器件的驱动电路
(1) 电力MOSFET的一种驱动电路： 电气隔离和晶体管放大电路两部分
图1-32 电力MOSFET的一种驱动电路
专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有 三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为 16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱 动电压+15V和-10V。
17
5.3 典型全控型器件的驱动电路
(2) IGBT的驱动 多采用专用的混合集成驱动器。
图1-33 M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图
常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、 EXB841、EXB850和EXB851）。
GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路 两部分。
+15V A
V1 R1
R2
R3
V3 VD1
V2
C1
R4
V4 V5 C2
R5 V6
+10V
VD2
VD3
V
VD4 VS 0V
图1-31 GTR的一种驱动电路
驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。
7
5.1 电力电子器件驱动电路概述
• 阻容移相触发电路
此电路的充电延时触发来实现移相的；改变RP阻值可改变触发时间。
8
5.1 电力电子器件驱动电路概述
• 数字集成块触发电路
该触发集成电路验证以直接触发普通晶闸管，但可以直 接触发高灵敏度的晶闸管。
9
5.2 晶闸管的触发电路
晶闸管的触发电路
作用：产生符合要求的门极触发脉
双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在 内的混合集成电路。 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专 门开发的集成驱动电路。
5
5.1 电力电子器件驱动电路概述
几种常用触发信号电压波形
正弦波
尖脉冲
方波
强触发脉冲
脉冲列
6
5.1 电力电子器件驱动电路概述
简易移相触发电路
此电路的移相范围小于90°
冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻 断转为导通。
晶闸管触发电路应满足下列 要求：
脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导 通。
触发脉冲应有足够的幅度。
不超过门极电压、电流和功率定 额，且在可靠触发区域之内。
有良好的抗干扰性能、温度稳定 性及与主电路的电气隔离。
IM
I
t
t1 t2 t3
t4
图1-26 理想的晶闸管触 发脉冲电流波形
图1-27 常见的晶闸管触发电路
11
5.3 典型全控型器件的驱动电路
1) 电流驱动型器件的驱动电路
(1) GTO
GTO 的 开 通 控 制 与 普
通晶闸管相似。
uG
GTO关断控制需施加 O 负门极电流。
t
5V的负偏压
GTO驱动电路通常包括 iG 开通驱动电路、关断驱 动电路和门极反偏电路 O
三部分，可分为脉冲变
ID IC E
R
R1
R
Uin
Uout
E
R1
R
E R1
a)
b)
c)
图1-25 光耦合器的类型及接法
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
4
5.1 电力电子器件驱动电路概述
分类
按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电 压驱动型。 驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋 势是采用专用集成驱动电路。
(2) GTR
开通驱动电流应使GTR处于准 饱和导通状态，使之不进入放 ib 大区和深饱和区。
关断GTR时，施加一定的负基 O
t
极电流有利于减小关断时间和
关断损耗。
关断后同样应在基射极之间施 加一定幅值（6V左右）的负偏 压。
图1-30 理想的GTR基极 驱动电流波形
14
5.3 典型全控型器件的驱动电路
18
15
5.3 典型全控型器件的驱动电路
2) 电压驱动型器件的驱动电路
电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 使MOSFET开通的驱动电压一般10~15V，使IGBT开 通的驱动电压一般15 ~ 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ~ -15V） 有利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。
IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4脉冲宽度 I脉冲平顶
幅值（1.5IGT~2IGT）
10Βιβλιοθήκη 5.2 晶闸管的触发电路常见的晶闸管触发电路
V环1节、。V2构成脉冲放大
脉冲变压器TM和附属 电路构成脉冲输出环 节。
V1、V2导通时，通过 脉冲变压器向晶闸管 的门极和阴极之间输 出触发脉冲。
驱动电路的基本任务：
按控制目标的要求施加开通或关断的信号。 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。
3
5.1 电力电子器件驱动电路概述
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
压器耦合式和直接耦合
式两种类型。
图1-28
正的门极电流
t
推荐的GTO门极电压电流波形
12
5.3 典型全控型器件的驱动电路
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，可得到较陡的脉冲前沿。 目前应用较广，但其功耗大，效率较低。
图1-29 典型的直接耦合式GTO驱动电路
13
5.3 典型全控型器件的驱动电路
第五讲
电力电子器件的驱动
1
电力电子器件器件的驱动
5.1 电力电子器件驱动电路概述 5.2 晶闸管的触发电路 5.3 典型全控型器件的驱动电路
2
5.1 电力电子器件驱动电路概述
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。 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。
16
5.3 典型全控型器件的驱动电路
(1) 电力MOSFET的一种驱动电路： 电气隔离和晶体管放大电路两部分
图1-32 电力MOSFET的一种驱动电路
专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有 三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为 16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱 动电压+15V和-10V。
17
5.3 典型全控型器件的驱动电路
(2) IGBT的驱动 多采用专用的混合集成驱动器。
图1-33 M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图
常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和 M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、 EXB841、EXB850和EXB851）。
GTR的一种驱动电路，包括电气隔离和晶体管放大电路 两部分。
+15V A
V1 R1
R2
R3
V3 VD1
V2
C1
R4
V4 V5 C2
R5 V6
+10V
VD2
VD3
V
VD4 VS 0V
图1-31 GTR的一种驱动电路
驱动GTR的集成驱动电路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL较为常见。
7
5.1 电力电子器件驱动电路概述
• 阻容移相触发电路
此电路的充电延时触发来实现移相的；改变RP阻值可改变触发时间。
8
5.1 电力电子器件驱动电路概述
• 数字集成块触发电路
该触发集成电路验证以直接触发普通晶闸管，但可以直 接触发高灵敏度的晶闸管。
9
5.2 晶闸管的触发电路
晶闸管的触发电路
作用：产生符合要求的门极触发脉
双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在 内的混合集成电路。 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专 门开发的集成驱动电路。
5
5.1 电力电子器件驱动电路概述
几种常用触发信号电压波形
正弦波
尖脉冲
方波
强触发脉冲
脉冲列
6
5.1 电力电子器件驱动电路概述
简易移相触发电路
此电路的移相范围小于90°
冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻 断转为导通。
晶闸管触发电路应满足下列 要求：
脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导 通。
触发脉冲应有足够的幅度。
不超过门极电压、电流和功率定 额，且在可靠触发区域之内。
有良好的抗干扰性能、温度稳定 性及与主电路的电气隔离。
IM
I
t
t1 t2 t3
t4
图1-26 理想的晶闸管触 发脉冲电流波形
图1-27 常见的晶闸管触发电路
11
5.3 典型全控型器件的驱动电路
1) 电流驱动型器件的驱动电路
(1) GTO
GTO 的 开 通 控 制 与 普
通晶闸管相似。
uG
GTO关断控制需施加 O 负门极电流。
t
5V的负偏压
GTO驱动电路通常包括 iG 开通驱动电路、关断驱 动电路和门极反偏电路 O
三部分，可分为脉冲变
ID IC E
R
R1
R
Uin
Uout
E
R1
R
E R1
a)
b)
c)
图1-25 光耦合器的类型及接法
a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
4
5.1 电力电子器件驱动电路概述
分类
按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电 压驱动型。 驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋 势是采用专用集成驱动电路。
(2) GTR
开通驱动电流应使GTR处于准 饱和导通状态，使之不进入放 ib 大区和深饱和区。
关断GTR时，施加一定的负基 O
t
极电流有利于减小关断时间和
关断损耗。
关断后同样应在基射极之间施 加一定幅值（6V左右）的负偏 压。
图1-30 理想的GTR基极 驱动电流波形
14
5.3 典型全控型器件的驱动电路
18
15
5.3 典型全控型器件的驱动电路
2) 电压驱动型器件的驱动电路
电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。 为快速建立驱动电压，要求驱动电路输出电阻小。 使MOSFET开通的驱动电压一般10~15V，使IGBT开 通的驱动电压一般15 ~ 20V。 关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ~ -15V） 有利于减小关断时间和关断损耗。 在栅极串入一只低值电阻可以减小寄生振荡。