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1.5 电力电子器件的驱动可控型电力电子器件（包括全控和半控）多为三端器件，其中有两个电极接主电路，如晶闸管的阳极和阴极、GTR的集电极和发射极。
工作时可承受很高的电压和通过很大的电流。
另一个电极起控制作用，如晶闸管的门极，MOSFET的栅极，在其上面施加一定的电压或通以适当的电流可以控制器件的通断。
较之主电路的电压或电流，这个起控制作用的电压或电流都很小，这种“以弱控强”的作用称之为驱动，与之相关的电路叫做驱动电路。
电力电子器件的结构和性能各不相同，对驱动信号的要求也不一样，这使得各种器件的驱动电路存在着很大的差异。
1.5.1 晶闸管驱动电路晶闸管为半控型电力电子器件，只能控制开通不能控制关断，因此在设计驱动电路时只考虑开通控制。
如前所述，晶闸管开通的条件是：（1）阳极与阴极之间加正向电压，阳极为正，阴极为负（这个电压一般很高）；（2）门极与阴极之间加一定数量的正向电压，门极为正，阴极为负（同时形成一定的门极电流）。
另外，晶闸管一旦导通，门极则失去控制能力，所以晶闸管的驱动信号只需一个电压和电流脉冲即可，但是脉冲的宽度要大于晶闸管的开通时间。
因此常把晶闸管的导通驱动叫做“触发”。
由图1-2可看出，晶闸管的门极和阴极之间为一PN结，控制信号相当于给这个PN结施加正向电压，那么电压U GK和电流I G之间就应表现出PN结正向特性的关系，但是，由于晶闸管的特殊要求导致设计和工艺上的差异，上述PN结和一般作为二极管使用的PN结的特性有很大的不同，主要表现在后者的正向伏安特性曲线基本上是一条斜率很大的指数曲线，并且同一型号产品基本都符合同一条曲线；而前者曲线的斜率有时会很小，且即使同一型号同一批量的产品，个别器件之间特性也存在着很大的离散性。
因此把某种型号的晶闸管门极伏安特性曲线中斜率最大的和最小的两条曲线标在UGK-IG平面，作为其门极伏安特性。
图1-20为晶闸管的门极特性，其中曲线AB为斜率最大的门极特性曲线，曲线FE为斜率最小的门极特性曲线，两线之间的扇型区域为可能出现的门极特性曲线的范围。
驱动电路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,有普通、高速和高传输比三种类型。
磁隔离的元件通常是脉冲变压器.驱动电路的分类:分为电流驱动型和电压驱动型两类。
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。
晶闸管的触发电路：过电流分过载和短路两种情况过电流保护措施及其配置位置:快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施.缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、d u/d t或者过电流和d i/d t，减小器件的开关损耗。
分类1：关断缓冲电路和开通缓冲电路分类2：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路晶闸管的串联：静态不均压问题由于器件静态特性不同而造成的均压问题。
为达到静态均压，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压。
动态不均压问题由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题。
为达到动态均压，首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外还可以用RC并联支路作动态均压；对于晶闸管来讲，采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。
晶闸管的并联：均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采用均流电抗器；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。
电力MOSFET的并联R on具有正温度系数，具有电流自动均衡能力，容易并联。
选用R on、U T、G fs和C iss尽量相近的器件并联。
电路走线和布局应尽量对称。
可在源极电路中串入小电感起到均流电抗器的作用。
IGBT的并联：在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数；在以上的区段则具有正温度系数；也具有一定的电流自动均衡能力，易于并联使用。
在器件参数和特性选择、电路布局和走线、散热条件等方面也应尽量一致。
9-2为什么要对电力电子主电路和控制电路进行电气隔离？其基本方法有哪些？一是安全，因为主回路和控制回路工作电压等级不一样、电流大小也不一样，各有各的过流保护系统。
电力电子技术试题第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。
10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
驱动电路的比较电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口,是电力电子装置的重要环节,对整个装置的性能有很大的影响;电力电子器件对驱动电路的一般性要求①驱动电路应保证器件的充分导通和可靠关断以减低器件的导通和开关损耗;②实现与主电路的电隔离 ;③具有较强的抗干扰能力,目的是防止器件在各种外扰下的误开关;④具有可靠的保护能力当主电路或驱动电路自身出现故障时如过电流和驱动电路欠电压等,驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障器件的安全;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,可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类;晶闸管是半控型器件,一般其驱动电路成为触发电路,下面分别分析晶闸管的触发电路,GTO、GTR、电力MOSFET和IGBT的驱动电路;1晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路的工作原理如下:1 由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM和附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成;2 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;3 VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设的;4 为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分,还需适当附加其它电路环节;晶闸管的触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通,有足够的幅值也不能超过晶闸管门级的电压、电流和功率定额等参数;2 GTO驱动电路GTO的开通控制与普通晶闸管相似,下图为典型的直接耦合式GTO驱动电路,其工作原理可分析如下：1 电路的电源由高频电源经二极管整流后提供,VD1和C1提供+5V电压,VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压,VD4和C4提供-15V电压;2 V1开通时,输出正强脉冲；V2开通时,输出正脉冲平顶部分；3 V2关断而V3开通时输出负脉冲；V3关断后R3和R4提供门极负偏压;GTO驱动电路的特点：触发脉冲前沿的幅值和陡度要足够,在整个导通期间都施加正门极电流;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；缺点是功耗大,效率较低;3GTR的驱动电路下图为GTR的一种驱动电路,其包括电气隔离和晶体管放大电路两大部分,本电路的特点是：当负载较轻时,如果V5的发射极电流全部注入V,会使V过饱和,关断时退饱和时间延长;但是VD2和VD3构成贝克钳位电路可避免上述情况的发生;开通的基极驱动电流应使其处于准饱和导通状态,使之不进入放大区和深饱和区;关断时,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;4MOSFET管驱动电路下图给出了电力MOSFET管的一种驱动电路,也包括电气隔离和晶体管放大电路两部分;当无输入信号时高速放大器A输出负电平,V3导通输出负驱动电压;当有输入信号时A输出正电平,V2导通输出正驱动电压;跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了;这个很容易做到,但是,我们还需要速度;在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电;对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大;选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小;第二注意的是,普遍用于高端驱动NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压;而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压VCC相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V;如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了;很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管;◆使电力MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10~15V,使IGBT开通的栅射极间驱动电压一般取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;5IGBT的驱动电路IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器,例如三菱公司的M579系列、富士公司的EXB 系列等;由于IGBT的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化,因而驱动电路性能不好常常导致器件损坏,IGBT对驱动电路有许多特殊的要求：①驱动电压脉冲的上升率和下降率要充分大;② IGBT导通后,栅极驱动电路提供给IGBT的驱动电压和电流要有足够的幅度;瞬时过载时,栅极驱动电路提供的驱动功率要足以保证IGBT不退出饱和区而损坏;③ IGBT的栅极驱动电路提供给IGBT的正向驱动电压十VGE要取合适的值,特别是具有短路工作过程的设备中使用IGBT时,其正向驱动电压更应选择所需要的最小值;④ IGBT的关断过程中,栅一射极间施加的负偏压有利于IGBT的快速关断,但也不宜取的过大;一般取-10V⑤在大电感负载的情况下,过快的开关反而是有害的,大电感负载在IGBT的快速开通和关断时,会产生高频且幅值很高而宽度很窄的尖峰电压Ldi/dt,该尖峰不易吸收,容易造成器件损坏;⑥由于IGBT多用于高压场合,所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离,一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离;⑦ IGBT的栅极驱动电路应尽可能地简单、实用,应具有IGBT的完整保护功能,很强的抗干扰能力,且输出阻抗尽可能地低;⑧驱动电路的栅极配线走向应与主电流线尽可能远,同时驱动电路到IGBT模块栅一射引线应尽可能的短,采用双绞线或同轴电缆屏蔽线,并从栅极直接接到被驱动IGBT的栅一射极;⑨同一电力电子设备中,使用多个不同电位的IGBT的时候,一定要使用光隔离器,解决电位隔离的问题;。
