电力电子学第7章ppt

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关断过程中，为尽快使栅极输 入电容放完电，并将 P-MOSFET 或 IGBT 置于反偏的最大安全工 作区，应施加一负偏压UGE，但 它受 IGBT 的 GE 间最大反向耐 压限制，一般取-2~-10V
7.1.4 P-MOSFET、IGBT的驱动器(续1)
(+) (+) (+) (+)
AMPL A T1

电力电子变换器中除开关电路外，还必须有一些
辅助元器件和系统，如触发驱动器、过流过压保 护系统、缓冲器、电感、电容、变压器、滤波器、 散热系统、辅助电源、控制系统等。 本章介绍这些辅助元器件和系统

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电力电子变换器系统框图示例
iD VD + T2 T4 T1-T4
触发驱动 指令 通讯
T1
T3
iL
vL
第7章 辅助元器件和系统
7.1 触发控制器 7.2 过电流保护和过电压保护 7.3 开关器件的开通、关断过程及安全工 作区 7.4 缓冲器 7.5 电感（电抗器）、方波变压器和脉冲 变压器 7.6 滤波器 7.7 散热系统 7.8 控制系统和辅助系统
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第7章 辅助元器件和系统

电力电子变换器中，利用电力电子开关组成开关 电路，例如由四个开关管组成的桥式开关电路。 周期性第改变开关的通、断状态，可实现DC/DC、 DC/AC、AC/DC、AC/AC电力变换和控制
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7.3 开关器件的开通、关断过程及安全工作区 (续1)
iT
C
v T (v CE )
i
f
IO
T
Байду номын сангаас
E
IO
V
O
E
iD
Lf
R
Cf
L F
G i G 或v G

开通：断态→通态，rT从∞ →0， iT从0线性上升至Io，VT从VD↘i0
VD
D

关断：通态→断态，rT从0→∞ ，
(a) 电路
iT
iT从Io线性下降至0，VT从0↗VD
t
t0 t1 vT (v CE ) t2 t3 vT td PT t ri t fv ton PT vT iT
t
t4
t5
t6
t7
t8 t t10 9
iT
电压限制线
R E
I CM
N C
VD
电流限制线 10us功率限制线
vT
t
ts t rv t fi
IO
B
toff
F A
0 VD
X K VCEO
1ms功率限制线
N
图7.9 (b)均压电路
BJT的rT温度系数为负，不宜并联使用。
IGBT大电流时，rT温度系数为正。
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7.3 开关器件的开通、关断过程及安全工作区
iT
C
v T (v CE )
i f IO
T
E
IO
V
O
E
iD
Lf
R
Cf
L F
G i G 或v G

可以近似认为在一个开关周期 Ts=Ton+Toff期间io=Io不变，开 通关断过程中iT线性变化
BJT抗饱和贝克箝位电路
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7.1.4 P-MOSFET 、IGBT的驱动器
一般选取正UGE = 12~15V
MOSFET CD
大脉冲电流TTL的P-MOSFET驱动器
D1 1
P-MOSFET
* *
S AM
D
+ -
P
G
C
图7.6 有脉冲变压器的P-MOSFET驱动器
•P-MOSFET、IGBT等都是电压 型驱动器件，要求有持续的电平 +VG使其开通并保持其通态； •关断时最好加持续的负电平-VG， 并维持其可靠的断态 •P有正信号输入时，AM截止， 开通P-MOSFET；P=0时， AM 开通，C放电，P-MOSFET截止
M1、M2互补

图7.3有隔离变压器的GTO驱动器
GTO要求有正值门极脉冲电流+IG触发其开通，负值脉 冲电流-IG使其关断

MOS管M1、M2接收从控制系统输入的高频互补式方波 电压后，向GTO输出+IG触发其开通，并使C充电。
要关断已处于通态的GTO（M1、M2已无输入信号）时， 需触发开通SCR，C放电形成-IG，关断GTO


④开关管设死区延时开通，防止直通
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7.2.2 过电压保护
C12
缓 冲 电 路
S
T C0 F RV R1C1 R2C2
(a)过电压抑制措施及其配置
电力电子 变换器
负 载

(1)避雷器击穿对地放电，防止雷电过电压 (2)设置Co，抑制操作开关S通、断时过电压 (3)线路上并接RC过电压缓冲器 (4)线路上并接压敏电阻RV (5)用缓冲器抑制开关管通、断时的过电压
Poff f s
0
ton
0
1 1 vT iT dt VD IO (tri t fv ) f s VD IOton f s 2 2
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7.2 过电流保护和过电压保护
7.2.1 过电流保护
交流电源 交流断路器 快速熔断器
+
IGBT SCR 电流检测 过电流 继电器 电 子 保 护 电 路 负 载
动作电流 整定值

驱 动 电 路
IGBT 电力电子变换 器及控制系统
图7.8 过流保护措施及保护配置

可同时采用多种过流(过载、短路)保护，各尽所能协 调配合，实现可靠地选择性保护。 ①电子保护：动作阈值高，延时小，封锁脉冲，停机 ②快速熔断器：既可作短路保护又可作过载保护 ③SCR被触发导通，烧断熔断器，切断电路
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7.1.3 BJT的驱动器
(+)
ON
TR1 TR2
iB
加速电容C
+ -
t
P
R
TR3
iB
OFF
基本驱动电流波形
(-)
双管射极输出驱动器

•输入端P为低电平时，TR1通， TR2通，有+iG驱动BJT •输入端为高电平时，TR1断， TR3通，C经TR3放电，形成BJT 关断所需的-iB

BJT要求有正值基极电流+IB，强 触发开通，并要求有持续的较小 的驱动电流，保持其通态。最好 有-IB使其关断时间缩短，有较小 的负基极电流维持其可靠的断态 与R并联的C提供了强触发+IG
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7.1.3 BJT的驱动器
BJT理想驱动条件 及理想波形
iB

ibfm OFF
t

ibrm

基本驱动电流波形
基极驱动电流的波形。晶体管开通的瞬 间，驱动电流应有足够陡的前沿和比稳 态驱动电流大得多的前沿峰值电流，以 保证晶体管迅速进入饱和状态； 基极电流的稳态值应使晶体管处于饱和 或临界饱和状态，以降低通态损耗； 驱动电流后沿加一个较大的负电流，以 保证迅速地将晶体管b-e之间的结间存储 电荷抽出，加快关断过程，降低开关损 耗，并有利于提高开关频率。 基极驱动电路必须隔离，响应快，波形 不失真。有过流或晶体管进入放大区工 作的保护功能。
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7.1.3 BJT的驱动器(续1)
(+)
LT1
(+)
(+)
T1 C BJT
B
A
T2
LT2
(-) (
图7.5有光耦隔离的BJT驱动器
(-)
P点有输入信号时，反相器输出VB=0，光耦驱动器TL1导通 使A点为高电位，经R1使T1导通，为BJT提供+IB
当P点无输入信号时，VP=0，光耦驱动LT2导通，使A点为低
电位，T2导通，C经T2、R2放电，为BJT提供关断电流-IB
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7.1.3 BJT的驱动器(续2)
A (+)
(+)
P1 TR1
*
*
BJT
BJT iB (- ) 单管驱动器 B
P2
TR2
(-)
有隔离变压器的BJT驱动器
D1 A D2 D4 F D3 B P
C N1 BJT
BJT除了上面讲到的那些驱动 器外，还有这样的一些驱动电 路

P有正信号输入时，放大器输 出A点正电位使T1导通， PMOSFET开通，并保持通态
R
G
+ -

C S (-)
P无信号输入时，A点为负电 位，T2导通，稳压管DZ两端 电压抽出C电荷，并在PMOSFET管上栅-源极加负压， 使其关断并保持断态
(-)
T2
+
Dz
-
(-) 图7.7 有光耦隔离的P-MOSFET驱动器
v T (v CE )
（c) iT、vT 轨迹
（b) 波形图
图7.10
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7.3.1 线路电感Lσ=0时开关器件开通关断过程(续2)

开通电流iT上升期：iT=Iot/tri
(7-1)


关断电流iT下降期：iT=Io(1-t/tfi)
若认为vT在开通关断过程中也呈线性变化在则：
(7-2)
Pon f s
toff
F
0
X A VD K VCEO
1ms功率限制线
v T (v CE )
•有+VG后延时td，rT从∞ →0，有-VG，经存储时间trv rT从0→∞ •开通：rT↓，iT↗Io之前，D仍导电，VT=VD 在tri期间it↗Io，D仍导电，VTVD，A→B。 此后，在tfv期间，iT=Io，D截止，rT↓，VT↘0，B→C •关断：rT↑，在trv期间VT↗VD，D仍截止，iT Io，C→B 此后，在tfi期间VT=VD，D导电，rT↑，iT↘0，B→A