电力电子技术基础—驱动

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同步信号为锯齿波的触发电路
+15V TS R
VS R1
VD1 VD2
Q
uts
C1
VD11~VD14
R15 C7 + C6
RP2 R3
220V 36V
R9
R11
R12
A C3
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
R18 R14
R13
VD9
V1
I1c V3
R4
R7 C2
电力电子器件的驱动和保护 ——驱动保护电路概述
➢ 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
ID
IC E
R
R1
R
Uin
Uout
E
R1
R
E R1
a) 光耦合器的类b) 型及接法 c) a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型
➢ 如果uk=0，up为负值时，b4点的波形由uh+ up' 确定
➢ 当uk为正值时，b4点的波形由uh+ u'p + uc'o 确定 ➢ M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿
➢ 加up的目的是为了确定控制电压uk=0时脉冲的初始相 位
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同步信号为锯齿波的触发电路 ——同步环节
R9
R11
R12
A C3
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
R18 R14
R13
VD9
V1
I1c V3
电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接 在V8集电极电路中。
同步信号为锯齿波的触发电路 ——脉冲形成环节
脉冲形成环节
V4、V5 —— 脉冲形成 V7、V8 —— 脉冲放大
➢ 控制电压uk加在V4基极上。uk对脉冲的控
制作用及脉冲形成：
➢ uk=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截 止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电 容两端电压接近2E1(30V)
同 步 信 号 为 锯 齿 波 的 触 发 电 路 波 形
同步信号为锯齿波的触发电路 ——锯齿波形成和脉冲移相
2) 锯齿波的形成和脉冲移相环节
锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电 路、恒流源电路等；本电路采用恒流源电路。
图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路
恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成
South China University of Technology
Fundamentals of Power Electronics Technology
电力电子技术基础
第二部分 电力电子器件
第四章 电力电子器件的驱动和保护
South China University of Technology
晶闸管的触发电路 ——单结晶体管组成的简易触发电路
• C的充电时间常数 1 ReC ，决定脉冲电压uG的产
生时刻
• 放电时间常数 2 (Rb1 R2 )C ，决定脉冲宽度
• Re的取值范围
U UP IP
Re
U
UV IV
• 振荡频率
f 1
1
T
1
ReCLn(1 )
晶闸管的触发电路
——同步信号为锯齿波的触发电路
强触发电源：由VD11~DV14单相桥式整流电路获得50V电压。
❖VD8截止时，C6充电，D点电位上升到50V； ❖VD8导通时，C6迅速放电，D点电位迅速下降； ❖UD小于15V时，VD15导通，由15V电源供电。
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同步信号为锯齿波的触发电路
+15V TS R
VS R1
➢ V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同样ue3也 是一个锯齿波
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同步信号为锯齿波的触发电路 ——锯齿波形成和脉冲移相
➢ 射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电 压ub3的影响
➢ V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uk、直流偏移电 压up三者作用的叠加所定
I1 c V3 R6
基极上 TS R
VD1 VD2 Q
R4 V2
C2 R5
R7 R8
V4 R1 7
R1 0
V5 VD 6
C5
V7
C3
V6
uts
C1 R2
VD 1 0
VD 5
up
R1 8 VD 9 R1 6
V8
RP1 uco -15V
接封锁信号 X Y -15V
同步信号为锯齿波的触发电路
脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间 常数R11C3有关。
VD5
R16 V8
RP1
接封锁信号
uk -15V X Y -15V
同 步 信 号 为 锯 齿 波 的 触 发 电 路 波 形
同步信号为锯齿波的触发电路 ——双窄脉冲形成环节
双窄脉冲形成环节
内双脉冲电路
➢ V5、V6构成“或”门
➢ 当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出 ➢ 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出
C5
V7
C3
V6
VD10
VD5
R16 V8
RP1 uco -15V
接封锁信号 X Y -15V
➢输出可为双窄脉冲（适用于有 两个晶闸管同时导通的电路），
也可为单窄脉冲
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➢三个基本环节：脉冲的形成与 放大、锯齿波的形成和脉冲移相、
同步环节。此外，还有强触发和 双窄脉冲形成环节
同步信号为锯齿波的触发电路
+15V TS R
VS R1
VD1 VD2
Q
uts
C1
VD11~VD14
R15 C7 + C6
RP2 R3
220V 36V
R9
R11
R12
A C3
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
R14
R18
R13
VD9
V1
I1c V3
R4
R7 C2
V2 R5
VD4
R6 V4 R17
R8
R2
up
V5
R10
VD6
证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸
管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这样使用晶 闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习 惯称为触发电路。
晶闸管的触发电路 ——单结晶体管
➢单结晶体管：特殊的半导体器
件，三个引出端，只有一个PN结
Ie
VD
e
➢在高电阻率的N型半导体基片 +
上引出第一基极b1和第二基极b2， 在两基极之间靠近b2出掺入P型
V2 R5
VD4
R6 V4 R17
R8
R2
up
V5
R10
C5 VD6
V7
V6 C3 VD10
VD5
R16 V8
RP1
接封锁信号
uk -15V X Y -15V
同 步 信 号 为 锯 齿 波 的 触 发 电 路 波 形
同步信号为锯齿波的触发电路 ——强触发环节
晶闸管采用强触发可以缩短开通时间，有利于改善串并联 器件的动态均压、均流效果、增加触发的可靠性。
——脉冲形成环节
R1 5
1) 脉冲形成环节
+15V
VD 1 1~VD 1 4 220V 36V
C7 + C6
VD 1 5
B VD7 T P
VD8 +15V
V4、V5 —脉冲形成
RP2
VS
R3
R9
R11
A C3
R1 2
R1 4 R1 3
V7、V8 — 脉冲放大
V1
VD 4
R1
控制电压u 加在V co
4
➢ 第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角a 产生
➢ 隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生 （通过V6）
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同步信号为锯齿波的触发电路 ——三相桥式电路触发器的连接
VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6—VT1--……顺序导通， 彼此相隔60度，为能准确的产生双窄脉冲，各触发器应遵循： 前相触发电路的Y接后相的X端的原则。
同步信号为锯齿波的触发电路 ——锯齿波形成和脉冲移相
➢ 工作原理：
➢ V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电，
u c
1 C
I1c d t
1 C
I 1c t
调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是 用来调节锯齿波斜率的。
➢ V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降 到零伏附近
同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同 且相位关系确定
➢ 锯齿波是由开关V2管来控制的 ➢ V2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所
接的交流电压决定
➢ V2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本 就是同步电压由正变负的过零点
➢ V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于 充电时间常数R1C1
• 一旦Ue<UV, Rb1增大，单结晶 体管由导通转入截止。
+
b2
Rb2
H
Rb1
b1
-
晶闸管的触发电路
+
Re
R1
——单结晶体管组成的简易触发电路 UC UP
UV
0
UG
C
R2
-
0
• 加上电源U，电容C充电，当Uc=Up 时，单结晶体管VG导通，
C经R2放电，从R2上引出脉冲电压uG触发晶闸管VT
• Uc<Uv后，VG截止，C又充电，当VG又导通，从而从R2上引 出一系列脉冲
RP2 R3
220V 36V
R9
R11
R12
A C3
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
R18 R14
R13
VD9
V1
I1c V3
R4
R7 C2
V2 R5
VD4
R6 V4 R17
R8
R2
up
V5
R10
C5 VD6
V7
V6 C3 VD10
VD5
R16 V8
RP1
接封锁信号
uk -15V X Y -15V
6
电力电子器件的驱动和保护
——驱动保护电路概述
➢ 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
➢ 对器件或整个装置的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： ➢ 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
VD1 VD2
Q
uts
C1
VD11~VD14
R15 C7 + C6
RP2 R3
220V 36V
R9
R11
R12
A C3
VD15
B VD7 TP
VD8 +15V
R18 R14
R13
VD9
V1
I1c V3
R4
R7 C2
V2 R5
VD4
R6 V4 R17
R8
R2
up
V5
R10
C5 VD6
V7
V6 C3 VD10
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同步信号为锯齿波的触发电路 ——脉冲形成环节
➢ uK = 0.7 V (大于0.7V)时，V4导通，A点电位由+E1(+15V) 1.0V左右，V5基极电位 约-2E1(-30V)， V5立即截止。 V5集电极电压由-E1(-15V) +2.1V，V7、V8导通，输出 触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位 ， 直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输 出脉冲终止。
➢电流驱动型和电压驱动型
4.1 晶闸管的触发电路
晶闸管的触发电路
——相控电路以及驱动要求
➢ 相控电路：
➢ 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即
控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小 ➢ 采用晶闸管相控方式时的交流交流电力变换电路和
交交变频电路（第7章） ➢ 相控电路的驱动控制
➢ 为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保
V1、VS、RP2和R3为一恒流源电路
同步信号为锯齿波的触发电路
——锯齿波形成和脉冲移相
➢ 电路组成
➢ 锯齿波电压形成的方 案较多，如采用自举 式电路、恒流源电路 等
➢ 恒流源电路方案，由 V件1组、成V2、V3和C2等元 V1、VS、RP2和R3为一 恒流源电路
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➢ 脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路 时间常数R11C3有关
➢ 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕
组接在V8集电极电路中
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同步信号为锯齿波的触发电路
+15V TS R
VS R1
VD1 VD2
Q
uts
C1
VD11~VD14
R15 C7 + C6
Ue
杂质，引出发射极e
-
UH
Rb1 Rb1 Rb2
U
b
Ub
为分压比，一般为0.3～0.9
e
+
b2
Rb2
H
Rb1
b1
-
b2
b1
晶闸管的触发电路 ——单结晶体管
• Ue<UH时，二极管反偏，只 有很少的漏电流
Ie
VD
e
+
Ue
• Ue=ηUb+UVD,VD导通，Up称
为峰点电压，Ip峰点电流
-
• VD导通，Rb1迅速减小，UH 下降，Ie增大到Iv时，Ue=UV， Uv谷点电压， Iv谷点电流。PV两点之间称为负阻区
UG1
UG2
UG3
UG4
UG5源自文库
UG6
NO.1
NO.2
NO.3
NO.4
NO.5
NO.6
X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3 X4 Y4 X5 Y5 X6 Y6
同步信号为锯齿波的触发电路
+15V TS R
VS R1
VD1 VD2
Q
uts
C1
VD11~VD14
R15 C7 + C6
RP2 R3
220V 36V