GTO驱动电路备课讲稿

门极可关断晶闸管GTO驱动电路1.电力电子器件驱动电路简介电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可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。

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。

门极可关断晶闸管简称GTO, 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。

门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。

门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。

2.GTO驱动电路的设计要求由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。

GTO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三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。

用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。

GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。

因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。

门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。

门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。

GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。

此外, 普通晶闸管的通态压降比较小, 当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。

实验十八 GTO、MOSFET、GTR、IGBT驱动与保护电路实验一、实验目的1理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。

2熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。

3掌握由自关断器件构成直流斩波电路原理与方法。

二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 DJK01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出〞，“励磁电源〞等几个模块。

2 DJK06 给定及实验器件3 DJK07 新器件特性实验4DJK12 功率器件驱动电路实验箱5 双踪示波器自备三、实验线路及原理自关断器件的实验接线及实验原理图如图3-27所示，图中直流电源可由控制屏上的励磁电压提供，或由控制屏上三相电源中的两相经整流滤波后输出，接线时，应从直流电源的正极出发，经过限流电阻、自关断器件及保护电路、直流电流表、再回到直流电源的负端，构成实验主电路。

图3-27 自关断器件的实验接线及原理图四、实验内容自关断器件及其驱动、保护电路的研究〔可根据需要选择一种或几种自关断器件〕。

五、实验方法1GTR的驱动与保护电路实验在本实验中，把DJK12实验挂箱中的频率选择开关拨至“低频档〞。

然后调节频率按钮，使波输出频率在“1KH〞左右。

在主电路中，直流电源由控制屏上的励磁电源输出，负载电阻R用DJK06上的灯泡负载，直流电压、电流表均在控制屏上。

驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及接地的正确连接。

对于GTR器件，采用±5V电源驱动。

接线时，波形的输出端接GTR驱动模块的输入端，±5V电源分别接GTR电源的输入端。

实验时应先检查驱动电路的工作情况。

在未接通主电路的情况下，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的波形，调节波形发生器的频率及占空比，观测波形的变化规律。

在驱动电路正常工作后，将占空比调小，然后合上主电路电源开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、GTR管压降及负载上的波形。

测定并记录不同占空比α时负载的电压平均值Ua于下表中：2GTO的驱动与保护电路实验将DJK12实验挂箱上的频率选择开关拨至“低频档〞，调节频率调节电位器，使方波的输出频率在“1KH〞左右，然后再按实验原理图接好驱动与保护电路。

GTO与GTR1 2012-2013(2)刘刚-电力电子技术教案2.4 典型全控型器件(第三讲)GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。

2.4.1门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管:是晶闸管的一种派生器件，属于电流驱动型器件，可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。

GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。

1、GTO的结构和工作原理结构:与普通晶闸管的相同点是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极，符号如图1所示。

GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。

GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

2、GTO的动态特性开通过程:与普通晶闸管相同。

关断过程:与普通晶闸管有所不同，开通和关断过程电流波形如图2所示。

图1 GTO的元件符号图图2开通和关断过程电流波形(1)储存时间t，使等效晶体管退出饱和。

s(2)下降时间t。

f(3)尾部时间t，残存载流子复合时间。

t通常t比t小得多，而t比t要长;门极负脉冲电流幅值越大，t越短。

fstss3、GTO的主要参数许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。

2 2012-2013(2)刘刚-电力电子技术教案(1)开通时间t:延迟时间与上升时间之和。

延迟时间一般约1~2,s，上on升时间则随通态阳极电流的增大而增大。

(2)关断时间t:一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。

下off降时间一般小于2,s。

不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联。

(3)最大可关断阳极电流I:GTO器件额定电流。

ATO(4)电流关断增益,:最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IoffGMIATO,之比称为电流关断增益: ,offIGM,一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。

1997年第1期机 车 电 传 动№1,1997 1997年1月10日EL ECTR I C DR I V E FOR LOCOM O T I V E Jan.10,1997收稿日期:19962082283“八五”国家重点科技攻关项目的子项目。

梁克宇　1969年生,1991年毕业于西南交通大学电力牵引与传动控制专业,工程师,现主要从事半导体变流技术研究。

大功率GTO使用时的两个关键技术3铁道部科学研究院(北京100081) 梁克宇 摘　要:介绍了大功率GTO使用时其吸收电路和驱动电路的设计要求,并阐述了几种不同的吸收电路以及驱动电路设计中应注意的隔离、抗干扰及GTO状态检测等问题。

关键词:吸收电路　驱动电路　大功率GTOTwo key techn iques i n h igh power GT O appl ica tionCh ina A cadem y of R ail w ay Science(B eijing100081) L i ang KeyuAbstract:T he design requ irem en ts fo r snubber circu its and driving circu its in h igh pow er GTO app licati on are in troduced.A t2 ten ti on shall be paid to the iso lati on,an ti2in terference and GTO state exam inati on du ring design of several snubber circu its and driv2 ing circu its.Key words:snubber circu it,driving circu it,h igh pow er GTO. GTO是高压大电流双极型全控器件。

与传统的晶闸管相比,GTO的工作频率较高且具有关断能力,无需辅助换流回路,这使主电路体积和重量都大大减小,效率提高,可靠性增强。

门极可关断晶闸管GTO驱动电路1.电力电子器件驱动电路简介电力电子器件的驱动电路是指主电路与控制电路之间的接口，可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。

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。

门极可关断晶闸管简称GTO, 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件，它的容量仅次于普通晶闸管，它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计。

门极驱动电路设计不好，常常造成GTO晶闸管的损坏，而门极关断技术应特别予以重视。

门极可关断晶闸管GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。

驱动电路的设计要求由于GTO是电流驱动型，所以它的开关频率不高。

GTO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三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型。

用理想的门极驱动电流去控制GTO 的开通和关断过程，以提高开关速度，减少开关损耗。

GTO要求有正值的门极脉冲电流，触发其开通；但在关断时，要求很大幅度的负脉冲电流使其关断。

因此全控器件GTO的驱动器比半控型SCR复杂。

门极电路的设计不但关系到元件的可靠导通和关断, 而且直接影响到元件的开关时间、开关损耗, 工作频率、最大重复可控阳极电流等一系列重要指标。

门极电路包括门极开通电路和门极关断电路。

GTO对门极开通电路的要求:GTO的掣住电流比普通晶闸管大得多, 因此在感性负载的情况下, 脉冲宽度要大大加宽。

此外, 普通晶闸管的通态压降比较小,当其一旦被触发导通后, 触发电流可以完全取消, 但对于GTO, 即使是阻性负载, 为了降低其通态压降, 门极通常仍需保持一定的正向电流, 因此, 门极电路的功耗比普通品闸管的触发电路要大的多。

浅谈门极可关断!"#$%晶闸管的&硬驱动’技术西安石油学院李宏摘要(文章介绍了门极可关断"#$晶闸管的&硬驱动’技术之优点)分析了&硬驱动’技术作用下"#$晶闸管的工作特点)剖析了&硬驱动’条件下"#$的关断波形)给出了&硬驱动’门极电路的典型结构*关键词("#$晶闸管硬驱动门极电路+,-.-/01234/025678095/5:;126<29=->-8?/5,5@3:52A >B >?329C 052D E F G H IJ K C 02180(#L M N O P N H Q N I M G R L N S OO S E P M Q M T L H G U G I V R G S "#$Q L V S E W Q G S E W O E W T X W W M OE HQ L E W Y N Y M S Z [G Q G H U V Q L M "#$Q L V S E W Q G S \W ]G S ^E H I Y N S Q E T X U N S E Q V X H O M S Q L M L N S O O S E P M Q M T L H G U G I V _X Q N U W G Q L M Q X S H G R R ]N P M W W L N Y M G R "#$Q L V S E W Q G S X H O M S Q L M L N S O O S E P M T G H O E Q E G H N S M N H N U V W M O Z ‘X S Q L M S Q L M Q V Y E T N U W Q S X T Q X S M G R L N S O O S E P M I N Q M T E S T X E Q E W N U a W GI E P M HZ b -3c 526C ("#$Q L V S E W Q G S L N S OO S E P M I N Q M T E S T X E Qd 引言门极可关断"#$晶闸管是如今人类可以使用的容量仅次于普通晶闸管的电力半导体器件)它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计*门极驱动电路设计不好)常常造成"#$晶闸管的损坏)门极驱动电路的复杂性)严重制约了"#$晶闸管的大面积应用)其主要原因是过去使用的"#$晶闸管门极驱动电路的下述固有不足所决定*d %应用传统的门极驱动电路驱动"#$晶闸管时)造成大容量"#$晶闸管内部数个并联的小"#$晶闸管开通过程中先是局部几个单元开通)然后等离子体在整个芯片内向边沿扩展*横向扩展使阳极电流上升率限制在Oef Oghij jk fl W 内*最初较高的电流上升率可能使最先导通的区域过载而导致器件损坏)因此必须采用较大的抑制电感来限制电流上升率*m %为获得数值为n oi 的合理关断增益)对于"#$晶闸管响应时间来说只能施加较小的门极电流)从而导致其存储时间过长!约m j l W %)造成关断不同步)O p f O g 耐量低)并需要体积庞大的吸收电容*正是由于这些原因)采用传统&软驱动’技术的"#$晶闸管应用中的最高开关频率一般限制在n j j o i j j F q )同时因门极驱动电路造成串联元件的关断时间不同而难于串联使用*为解决这些棘手的问题)促使了&硬驱动’门极驱动技术的发展)并已证明双极型器件的门极&硬驱动’能够改善其关断特性)使被&硬驱动’的器件开关速度比r$s ‘t #和u "v #的开关速度快得多)损耗也低得多*本文介绍有关&硬驱动’的一些问题*m &硬驱动’门极驱动技术简介m Z d &硬驱动’门极驱动技术的优点所谓"#$晶闸管的&硬驱动’是指在"#$晶闸管关断过程中的短时间内)给其门阴极加以上升率O e "f O g 及幅值都很大的驱动信号)目前&硬驱动’技术已能用于大功率"#$晶闸管的门极驱动)它能向n j j j k "#$晶闸管提供足够的门极关断电流)在O e f O g wn j j j k f l W 的条件下其关断驱动电流x S I ywn j j j k )可将被驱动"#$晶闸管的存储时间降至hm l W zd j j H W *几乎做到了同步开关)从而获得方形安全工作区和器件的无吸收工作)使"#$晶闸管的工作状况几乎可与u "v #相媲美*&硬驱动’技术的优点表现在以下几方面*d %可使被驱动器件的存储时间下降至d l W左右或基本得以消除*驱动多个并联或串联的器件时)可使各器件存储时间的差异h d l W )使"#$晶闸管的各个参数例如最大关断电流将像希望的一样与器件面积成正比)因此无需大的吸收电容或复杂的O e f O g抑制电路及调时电路和O p f O g抑制用吸收电容*j{电气传动m j j d 年第{||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||期!"可使#$%晶闸管器件的关断能力大大超过其额定值&系统设计者可根据应用要求在开通频率和功率控制能力之间加以选择&以达到一种合适的组合’("不受#$%晶闸管的等级和型号的限制&这极大地方便了设备的制作和维护&因为串联电路上的器件无需具备一致的存储时间’可使许多#$%晶闸管开关的应用问题得以解决&同时降低了损耗&改善了性能’!)!*硬驱动+门极技术作用下#$%晶闸管的工作过程分析!)!),关断过程采用-.#/-0高达(1112/34的门极脉冲&#$%晶闸管的存储时间可从!134下降至约,345见图,所示"’应当控制强关断脉冲的幅值&以避免在门阴结中产生雪崩击穿’由于主阻断结空间电荷区扩展形成的位移电流将叠加到阳极电流中&所以门极峰值电流有可能超过阳极电流&但关断增益仍接近于,’门极电流脉宽仅需!34&其能量与普通门极驱动电路相当’图,用硬驱动5粗线"和普通驱动5细线"情况下#$%晶闸管关断波形的比较!)!)!开通过程采用更强的门极驱动脉冲能加快开通过程&开通过程的延迟可从几34下降至几百64&电路所允许的-./-0不再受#$%晶闸管器件本身的限制&而受限于变流器支路中反并联续流二极管的关断速度&即开通过程中变流器支路的电流将由续流二极管换向到#$%晶闸管’这样能降低限流电抗器电路的-./-0&从而使损耗和费用下降’强门极脉冲将使阴极的电子注入非常均匀&在阳极电流增大之前降低#$%晶闸管器件的通态压降&从而减小器件的开通损耗’!)!)(*硬驱动+#$%晶闸管与普通门极驱动#$%晶闸管性能的比较表,列出了标准的(1112/78119#$%晶闸管采用*硬驱动+与常规*软驱动+的性能测试结果’由表,可见&开通损耗下降了:;)<=&与均匀开通的结果一样&而->/-0提高了(倍&最大可关断电流提高了,):<倍&开通延迟时间缩短了;,)<=&开通-./-0增强了:倍&吸收电容减小了?(=&存贮时间缩短了;8=’表,标准#$%晶闸管常规*软驱动+与*硬驱动+的性能比较参数普通门极单元硬驱动门极单元开通-./-052/34"811(111开通损耗@A 65B"()(,开通延迟0-534"():1)(最大关断电流C $#D 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T T 期浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的"硬驱动"技术作者：李宏作者单位：西安石油学院刊名：电气传动英文刊名：ELECTRIC DRIVE年，卷(期)：2001，31(6)被引用次数：2次1.张立现代电力电子技术 19922.李宏晶闸管触发器集成电路实用技术大全 19993.李宏电力电子设备常用电力半导体器件和模块使用技术 19994.西安电力电子研究所最新功率器件专辑 19991.会议论文李宏.于苏华浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的“硬驱动”技术2001本文介绍了门极可关断GTO晶闸管的“硬驱动”技术之优点,分析了“硬驱动”技术作用下GTO晶闸管的工作特点,剖析了“硬驱动”条件下,GTO的关断波形,给出了“硬驱动”门极电路的典型结构.2.期刊论文刘建芳.张彦军谈门级可关断晶闸和(GTO)的驱动电路-吉林化工学院学报2003,20(1)分析了传统驱动电路和"硬驱动"技术作用下GTO晶闸管的工作特点,并对两种电路的性能进行了比较,阐述了"硬驱动"所具有的优点,给出了传统驱动电路和"硬驱动"门极电路的典型结构.1.郭一军一种可关断晶闸管(GTO)直接门极驱动电路的研究[期刊论文]-化工自动化及仪表 2008(5)2.张婵.童亦斌.金新民IGCT及其门极驱动电路研究[期刊论文]-变流技术与电力牵引 2007(2)本文链接：/Periodical_dqcd200106018.aspx授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：6f6b98a1-b7c3-4486-8be8-9e1400ef0c55下载时间：2010年10月19日。