《電力電子技術(shù)》第五版第9章電力電子器件應(yīng)用的共性問(wèn)題.ppt

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1、第 九 章 電 力 電 子 器 件 應(yīng) 用的 共 性 問(wèn) 題 9.1 電 力 電 子 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 9.2 電 力 電 子 器 件 的 保 護(hù) 9.3 電 力 電 子 器 件 的 串 聯(lián) 使 用 和 并 聯(lián) 使 用 本 章 小 結(jié) 9.1 電 力 電 子 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 9.1.1 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動(dòng) 電 路 概 述 9.1.2 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 路 9.1.3 典 型 全 控 型 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路 9.1.1 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動(dòng) 電 路 概 述 是 電 力 電 子 主 電 路 與 控 制 電 路 之 間 的 接 口 。 良 好 的 驅(qū) 動(dòng)

2、 電 路 使 電 力 電 子 器 件 工 作 在 較 理 想的 開 關(guān) 狀 態(tài) ， 縮 短 開 關(guān) 時(shí) 間 ， 減 小 開 關(guān) 損 耗 。 對(duì) 裝 置 的 運(yùn) 行 效 率 、 可 靠 性 和 安 全 性 都 有 重 要的 意 義 。 一 些 保 護(hù) 措 施 也 往 往 設(shè) 在 驅(qū) 動(dòng) 電 路 中 ， 或 通 過(guò)驅(qū) 動(dòng) 電 路 實(shí) 現(xiàn) 。一 、 驅(qū) 動(dòng) 電 路 按 控 制 目 標(biāo) 的 要 求 給 器 件 施 加 開 通 或 關(guān) 斷 的信 號(hào) 。 對(duì) 半 控 型 器 件 只 需 提 供 開 通 控 制 信 號(hào) ； 對(duì) 全控 型 器 件 則 既 要 提 供 開 通 控 制 信 號(hào) ， 又 要 提 供

3、關(guān) 斷 控 制 信 號(hào) 。二 、 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 基 本 任 務(wù) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 還 要 提 供 控 制 電 路 與 主 電 路 之 間的 電 氣 隔 離 環(huán) 節(jié) ， 一 般 采 用 光 隔 離 或 磁 隔 離 。 光 隔 離 一 般 采 用 光 耦 合 器 光 耦 合 器 由 發(fā) 光 二 極 管 和 光 敏 晶 體 管 組 成 ，封 裝 在 一 個(gè) 外 殼 內(nèi) 。 有 普 通 、 高 速 和 高 傳 輸 比 三 種 類 型 。 磁 隔 離 的 元 件 通 常 是 脈 沖 變 壓 器 當(dāng) 脈 沖 較 寬 時(shí) ， 為 避 免 鐵 心 飽 和 ， 常 采 用高 頻 調(diào) 制 和 解 調(diào) 的 方

4、法 。 ER ER ER a) b) c)Uin UoutR1ICID R1 R1圖 9-1 光 耦 合 器 的 類 型 及 接 法a) 普 通 型 b) 高 速 型 c) 高 傳 輸 比 型 按 照 驅(qū) 動(dòng) 電 路 加 在 電 力 電 子 器 件 控 制 端 和 公共 端 之 間 信 號(hào) 的 性 質(zhì) ， 可 以 將 電 力 電 子 器 件 分為 電 流 驅(qū) 動(dòng) 型 和 電 壓 驅(qū) 動(dòng) 型 兩 類 。 晶 閘 管 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路 常 稱 為 觸 發(fā) 電 路 。三 、 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 分 類 驅(qū) 動(dòng) 電 路 具 體 形 式 可 為 分 立 元 件 的 ， 但 目 前 的 趨勢(shì) 是 采 用

5、 專 用 集 成 驅(qū) 動(dòng) 電 路 。 雙 列 直 插 式 集 成 電 路 及 將 光 耦 隔 離 電 路 也 集 成在 內(nèi) 的 混 合 集 成 電 路 。 為 達(dá) 到 參 數(shù) 最 佳 配 合 ， 首 選 所 用 器 件 生 產(chǎn) 廠 家專 門 開 發(fā) 的 集 成 驅(qū) 動(dòng) 電 路 。 9.1.2 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 路 II Mt1t2 t3 t4圖 9-2 理 想 的 晶 閘 管 觸 發(fā) 脈 沖 電 流 波 形t1t2脈 沖 前 沿 上 升 時(shí) 間 （ 1s） t1t3強(qiáng) 脈 沖 寬 度 IM強(qiáng) 脈 沖 幅 值 （ 3IGT5IGT）t 1t4脈 沖 寬 度 I脈 沖 平 頂 幅 值 （

6、 1.5IGT2IGT） 作 用 ： 產(chǎn) 生 符 合 要 求 的門 極 觸 發(fā) 脈 沖 ， 保 證 晶 閘管 在 需 要 的 時(shí) 刻 由 阻 斷 轉(zhuǎn)為 導(dǎo) 通 。 晶 閘 管 觸 發(fā) 電 路 還 包 括對(duì) 其 觸 發(fā) 時(shí) 刻 進(jìn) 行 控 制 的相 位 控 制 電 路 。 觸 發(fā) 電 路 應(yīng) 滿 足 的 要 求（ 略 ）一 、 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 路 圖 9-3 常 見 的 晶 閘 管 觸 發(fā) 電 路 由 V1、 V2構(gòu) 成 的 脈 沖 放 大 環(huán)節(jié) 和 脈 沖 變 壓 器 TM和 附 屬 電 路構(gòu) 成 的 脈 沖 輸 出 環(huán) 節(jié) 兩 部 分 組成 。 當(dāng) V1、 V2導(dǎo) 通 時(shí) ， 通

7、 過(guò) 脈 沖變 壓 器 向 晶 閘 管 的 門 極 和 陰 極之 間 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。 VD1和 R3是 為 了 V1、 V2由 導(dǎo) 通變 為 截 止 時(shí) 脈 沖 變 壓 器 TM釋 放其 儲(chǔ) 存 的 能 量 而 設(shè) 的 。 二 、 常 見 的 晶 閘 管 觸 發(fā) 電 路 為 了 獲 得 觸 發(fā) 脈 沖 波 形 中 的 強(qiáng) 脈 沖 部 分 ， 還 需 適當(dāng) 附 加 其 它 電 路 環(huán) 節(jié) 。 9.1.3 典 型 全 控 型 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路 O ttOuGiG 圖 9-4 推 薦 的 GTO門 極 電 壓 電 流 波 形 開 通 控 制 與 普 通 晶 閘 管相 似 ， 但

8、 對(duì) 觸 發(fā) 脈 沖 前 沿的 幅 值 和 陡 度 要 求 高 ， 且一 般 需 在 整 個(gè) 導(dǎo) 通 期 間 施加 正 門 極 電 流 ， 使 GTO關(guān)斷 需 施 加 負(fù) 門 極 電 流 ， 對(duì)其 幅 值 和 陡 度 的 要 求 更 高 。 幅 值 需 達(dá) 陽(yáng) 極 電 流的 1/3左 右 ， 陡 度 需達(dá) 50A/s， 強(qiáng) 負(fù) 脈沖 寬 度 約 30s， 負(fù)脈 沖 總 寬 約 100s 施 加 約 5V的 負(fù) 偏壓 ， 以 提 高 抗 干擾 能 力 。一 、 電 流 驅(qū) 動(dòng) 型 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路 GTO和 GTR是 電 流 驅(qū) 動(dòng) 型 器 件1、 GTO O ttOuGiG 圖 9-

9、4 推 薦 的 GTO門 極 電 壓 電 流 波 形 GTO一 般 用 于 大容 量 電 路 的 場(chǎng) 合 ， 其 驅(qū)動(dòng) 電 路 通 常 包 括 開 通 驅(qū)動(dòng) 電 路 、 關(guān) 斷 驅(qū) 動(dòng) 電 路和 門 極 反 偏 電 路 三 部 分 ，可 分 為 脈 沖 變 壓 器 耦 合式 和 直 接 耦 合 式 兩 種 類型 。 幅 值 需 達(dá) 陽(yáng) 極 電 流的 1/3左 右 ， 陡 度 需達(dá) 50A/s， 強(qiáng) 負(fù) 脈沖 寬 度 約 30s， 負(fù)脈 沖 總 寬 約 100s 施 加 約 5V的 負(fù) 偏壓 ， 以 提 高 抗 干擾 能 力 。 圖 9-5 典 型 的 直 接 耦 合 式 GTO驅(qū) 動(dòng) 電 路

10、可 避 免 電 路 內(nèi) 部 的 相互 干 擾 和 寄 生 振 蕩 ， 可 得到 較 陡 的 脈 沖 前 沿 ； 缺 點(diǎn)是 功 耗 大 ， 效 率 較 低 。 電 路 的 電 源 由 高 頻 電源 經(jīng) 二 極 管 整 流 后 提 供 ，VD1和 C1提 供 +5V電 壓 ，VD2、 VD3、 C2、 C3構(gòu) 成倍 壓 整 流 電 路 提 供 +15V電 壓 ， VD4和 C4提 供 -15V電 壓 。 直 接 耦 合 式 驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 9-5 典 型 的 直 接 耦 合 式 GTO驅(qū) 動(dòng) 電 路 V1開 通 時(shí) ， 輸 出 正 強(qiáng)脈 沖 ； V2開 通 時(shí) ， 輸 出正 脈 沖 平 頂 部

11、 分 ； V2關(guān) 斷 而 V3開 通 時(shí)輸 出 負(fù) 脈 沖 ； V3關(guān) 斷 后R3和 R4提 供 門 極 負(fù) 偏 壓 。 tOib 開 通 的 基 極 驅(qū) 動(dòng) 電 流 應(yīng) 使其 處 于 準(zhǔn) 飽 和 導(dǎo) 通 狀 態(tài) ， 使 之不 進(jìn) 入 放 大 區(qū) 和 深 飽 和 區(qū) 。 關(guān) 斷 時(shí) ， 施 加 一 定 的 負(fù) 基極 電 流 有 利 于 減 小 關(guān) 斷 時(shí) 間 和圖 9-6 理 想 的 GTR基 極 驅(qū) 動(dòng) 電 流 波 形2、 GTR關(guān) 斷 損 耗 ， 關(guān) 斷 后 同 樣 應(yīng) 在 基 射 極 之 間 施 加 一 定 幅值 （ 6V左 右 ） 的 負(fù) 偏 壓 。 GTR的 一 種 驅(qū) 動(dòng) 電 路

12、包 括 電 氣 隔 離 和 晶 體 管 放 大 電 路 兩 部 分 。 VD2和 VD3構(gòu) 成 貝 克 箝 位電 路 ， 是 一 種 抗 飽 和 電 路 ， 可使 GTR導(dǎo) 通 時(shí) 處 于 臨 界 飽 和 狀態(tài) ； C2為 加 速 開 通 過(guò) 程 的 電 容 ，開 通 時(shí) R5被 C2短 路 ， 這 樣 可 以實(shí) 現(xiàn) 驅(qū) 動(dòng) 電 流 的 過(guò) 沖 ， 并 VD1A VVS 0V +10V+15V V1 VD2VD3VD 4 V3V 2 V4 V5 V6R1 R2 R3 R4 R5 C1 C 2圖 9-7 GTR的 一 種 驅(qū) 動(dòng) 電 路 增 加 前 沿 的 陡 度 ， 加 快 開 通 。 驅(qū) 動(dòng)

13、 GTR的 集 成 驅(qū) 動(dòng) 電 路 中 ， THOMSON公 司的 UAA4002和 三 菱 公 司 的 M57215BL較 為 常 見 。 為 快 速 建 立 驅(qū) 動(dòng) 電 壓 ， 要 求 驅(qū) 動(dòng) 電 路 具 有 較小 的 輸 出 電 阻 。 使 電 力 MOSFET開 通 的 柵 源 極 間 驅(qū) 動(dòng) 電 壓 一般 取 1015V， 使 IGBT開 通 的 柵 射 極 間 驅(qū) 動(dòng) 電 壓一 般 取 15 20V。二 、 電 壓 驅(qū) 動(dòng) 型 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路電 力 MOSFET和 IGBT是 電 壓 驅(qū) 動(dòng) 型 器 件 。 關(guān) 斷 時(shí) 施 加 一 定 幅 值 的 負(fù) 驅(qū) 動(dòng) 電 壓 （

14、 一 般 取 -5 -15V） 有 利 于 減 小 關(guān) 斷 時(shí) 間 和 關(guān) 斷 損 耗 。 圖 9-8 電 力 MOSFET的 一 種 驅(qū) 動(dòng) 電 路 包 括 電 氣 隔 離 和 晶 體 管 放 大電 路 兩 部 分 ； 當(dāng) 無(wú) 輸 入 信 號(hào) 時(shí)高 速 放 大 器 A輸 出 負(fù) 電 平 ， V3導(dǎo) 通 輸 出 負(fù) 驅(qū) 動(dòng) 電 壓 ， 當(dāng) 有 輸入 信 號(hào) 時(shí) A輸 出 正 電 平 ， V2導(dǎo)通 輸 出 正 驅(qū) 動(dòng) 電 壓 。 在 柵 極 串 入 一 只 低 值 電 阻 （ 數(shù) 十 歐 左 右 ） 可 以減 小 寄 生 振 蕩 ， 該 電 阻 阻 值 應(yīng) 隨 被 驅(qū) 動(dòng) 器 件 電 流額 定

15、值 的 增 大 而 減 小 。1、 電 力 MOSFET 專 為 驅(qū) 動(dòng) 電 力 MOSFET而 設(shè) 計(jì) 的 混 合 集 成 電路 有 三 菱 公 司 的 M57918L， 其 輸 入 信 號(hào) 電 流 幅 值為 16mA， 輸 出 最 大 脈 沖 電 流 為 +2A和 -3A， 輸 出驅(qū) 動(dòng) 電 壓 +15V和 -10V。 多 采 用 專 用 的 混 合 集 成 驅(qū) 動(dòng) 器 ， 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） 。2、 IGBT

16、圖 9-9 M57962L型 IGBT驅(qū) 動(dòng) 器 的 原 理 和 接 線 圖 9.2 電 力 電 子 器 件 的 保 護(hù) 9.2.1 過(guò) 電 壓 的 產(chǎn) 生 及 過(guò) 電 壓 保 護(hù) 9.2.2 過(guò) 電 流 保 護(hù) 9.2.3 緩 沖 電 路 采 用 整 流 變 壓 器 的 原 因 晶 閘 管 裝 置 所 要 求 的 交 流 供 電 電 壓 與 電 網(wǎng) 電 壓 往往 不 一 致 。 盡 可 能 減 小 電 網(wǎng) 與 晶 閘 管 裝 置 的 相 互 干 擾 ， 要 求交 、 直 流 能 夠 隔 離 。限 定 U2的 原 因 U2過(guò) 高 ， 增 大 ， 使 功 率 因 數(shù) 變 壞 ， 無(wú) 功 功 率

17、增大 。 U 2過(guò) 低 ， 可 能 在 =0 時(shí) 仍 達(dá) 不 到 負(fù) 載 要 求 的 額定 電 壓 。 9.2.1 過(guò) 電 壓 的 產(chǎn) 生 及 過(guò) 電 壓 保 護(hù) 外 因 過(guò) 電 壓 主 要 來(lái) 自 雷 擊 和 系 統(tǒng) 中 的 操 作 過(guò) 程 等外 部 原 因 。 操 作 過(guò) 電 壓 ： 由 分 閘 、 合 閘 等 開 關(guān) 操 作 引 起 的過(guò) 電 壓 。 雷 擊 過(guò) 電 壓 ： 由 雷 擊 引 起 的 過(guò) 電 壓 。一 、 過(guò) 電 壓 的 類 型過(guò) 電 壓 分 為 外 因 過(guò) 電 壓 和 內(nèi) 因 過(guò) 電 壓 兩 類 。1、 外 因 過(guò) 電 壓 內(nèi) 因 過(guò) 電 壓 主 要 來(lái) 自 電 力 電

18、子 裝 置 內(nèi) 部 器 件 的 開關(guān) 過(guò) 程 。 換 相 過(guò) 電 壓 ： 晶 閘 管 或 與 全 控 型 器 件 反 并 聯(lián) 的二 極 管 在 換 相 結(jié) 束 后 ， 反 向 電 流 急 劇 減 小 ， 會(huì)由 線 路 電 感 在 器 件 兩 端 感 應(yīng) 出 過(guò) 電 壓 。 關(guān) 斷 過(guò) 電 壓 ： 全 控 型 器 件 在 較 高 頻 率 下 工 作 ，當(dāng) 器 件 關(guān) 斷 時(shí) ， 因 正 向 電 流 的 迅 速 降 低 而 由 線路 電 感 在 器 件 兩 端 感 應(yīng) 出 的 過(guò) 電 壓 。 2、 內(nèi) 因 過(guò) 電 壓 原 因 ： 由 于 電 路 中 電 感 元 件 積 聚 的 能 量 驟 然 釋

19、放或 是 外 界 侵 入 電 路 的 大 量 電 荷 累 積 。 阻 容 保 護(hù) 壓 敏 電 阻 或 硒 堆 。二 、 過(guò) 電 壓 保 護(hù)過(guò) 電 壓 保 護(hù) 的 部 位 ： 交 流 側(cè) 保 護(hù) 、 直 流 側(cè) 保 護(hù)和 器 件 保 護(hù) 。1、 交 流 側(cè) 過(guò) 電 壓 原 因 ： 由 于 快 速 熔 斷 器 熔 斷 ， 直 流 電 抗 器 所 貯 存能 量 釋 放 時(shí) ， 會(huì) 造 成 過(guò) 電 壓 。 阻 容 保 護(hù) 壓 敏 電 阻 或 硒 堆 。2、 直 流 側(cè) 過(guò) 電 壓3、 晶 閘 管 關(guān) 斷 過(guò) 電 壓 器 件 阻 容 保 護(hù) F避 雷 器 D變 壓 器 靜 電 屏 蔽 層 C靜 電 感

20、應(yīng) 過(guò)電 壓 抑 制 電 容 RC1閥 側(cè) 浪 涌 過(guò) 電 壓 抑 制 用 RC電 路 RC2閥 側(cè) 浪 涌 過(guò) 電 壓 抑 制 用 反 向 阻 斷 式 RC電 路RV壓 敏 電 阻 過(guò) 電 壓 抑 制 器 RC3閥 器 件 換 相 過(guò) 電壓 抑 制 用 RC電 路 RC4直 流 側(cè) RC抑 制 電 路 RCD閥 器 件 關(guān) 斷 過(guò) 電 壓 抑 制 用 RCD電 路圖 9-10 過(guò) 電 壓 抑 制 措 施 及 配 置 位 置 各 電 力 電 子 裝 置 可 視 具 體 情 況 只 采 用 其 中 的幾 種 。 RC3和 RCD為 抑 制 內(nèi) 因 過(guò) 電 壓 的 措 施 。 抑 制 外 因 過(guò)

21、電 壓 來(lái) 采 用 RC過(guò) 電 壓 抑 制 電 路 。 采 用 雪 崩 二 極 管 、 金 屬 氧 化 物 壓 敏 電 阻 、 硒 堆和 轉(zhuǎn) 折 二 極 管 （ BOD） 等 非 線 性 元 器 件 來(lái) 限 制 或吸 收 過(guò) 電 壓 也 是 較 常 用 的 措 施 。 三 、 過(guò) 電 壓 抑 制 措 施 及 配 置 位 置 圖 9-11 RC過(guò) 電 壓 抑 制 電 路 聯(lián) 結(jié) 方 式a)單 相 b)三 相 圖 9-12 反 向 阻 斷 式 過(guò) 電 壓 抑 制 用 RC電 路 對(duì) 大 容 量 的 電 力 電 子 裝 置 ， 可 采 用 圖 9-12所 示的 反 向 阻 斷 式 RC電 路 。 9

22、.2.2 過(guò) 電 流 保 護(hù) 圖 9-13 過(guò) 電 流 保 護(hù) 措 施 及 配 置 位 置 快 速 熔 斷 器 、 直 流 快 速 斷 路 器 和 過(guò) 電 流 繼 電器 是 較 為 常 用 的 措 施 ， 一 般 電 力 電 子 裝 置 均 同 時(shí)采 用 幾 種 過(guò) 電 流 保 護(hù) 措 施 ， 以 提 高 保 護(hù) 的 可 靠 性和 合 理 性 。 通 常 ， 電 子 電 路 作 為 第 一 保 護(hù) 措 施 ， 快 熔 僅作 為 短 路 時(shí) 的 部 分 區(qū) 段 的 保 護(hù) ， 直 流 快 速 斷 路 器整 定 在 電 子 電 路 動(dòng) 作 之 后 實(shí) 現(xiàn) 保 護(hù) ， 過(guò) 電 流 繼 電器 整 定

23、在 過(guò) 載 時(shí) 動(dòng) 作 。 一 、 過(guò) 電 流 的 原 因過(guò) 電 流 分 過(guò) 載 和 短 路 兩 種 情 況二 、 過(guò) 電 流 保 護(hù) 措 施 及 其 配 置 位 置 快 速 熔 斷 器 （ 簡(jiǎn) 稱 快 熔 ） 是 電 力 電 子 裝 置 中 最 有 效 、 應(yīng) 用 最 廣 的 一 種過(guò) 電 流 保 護(hù) 措 施 。 選 擇 快 熔 時(shí) 應(yīng) 考 慮 電 壓 等 級(jí) 應(yīng) 根 據(jù) 熔 斷 后 快 熔 實(shí) 際 承 受 的 電 壓來(lái) 確 定 。 電 流 容 量 應(yīng) 按 其 在 主 電 路 中 的 接 入 方 式 和 主電 路 聯(lián) 結(jié) 形 式 確 定 。 快 熔 的 t值 應(yīng) 小 于 被 保 護(hù) 器 件

24、的 允 許 t值 。 為 保 證 熔 體 在 正 常 過(guò) 載 情 況 下 不 熔 化 ， 應(yīng) 考慮 其 時(shí) 間 電 流 特 性 。 I 2I 2 快 熔 對(duì) 器 件 的 保 護(hù) 方 式 可 分 為 全 保 護(hù) 和 短 路 保護(hù) 兩 種 。 全 保 護(hù) ： 過(guò) 載 、 短 路 均 由 快 熔 進(jìn) 行 保 護(hù) ， 適用 于 小 功 率 裝 置 或 器 件 裕 度 較 大 的 場(chǎng) 合 。 短 路 保 護(hù) ： 快 熔 只 在 短 路 電 流 較 大 的 區(qū) 域 起保 護(hù) 作 用 。 對(duì) 重 要 的 且 易 發(fā) 生 短 路 的 晶 閘 管 設(shè) 備 ， 或 全 控型 器 件 ， 需 采 用 電 子 電 路

25、 進(jìn) 行 過(guò) 電 流 保 護(hù) 。 常 在 全 控 型 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 電 路 中 設(shè) 置 過(guò) 電 流 保 護(hù)環(huán) 節(jié) ， 器 件 對(duì) 電 流 的 響 應(yīng) 是 最 快 的 。 9.2.3 緩 沖 電 路 緩 沖 電 路 （ Snubber Circuit） 又 稱 為 吸 收 電 路 ，其 作 用 是 抑 制 電 力 電 子 器 件 的 內(nèi) 因 過(guò) 電 壓 、du/dt或 者 過(guò) 電 流 和 di/dt， 減 小 器 件 的 開 關(guān) 損 耗 。 分 類 分 為 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 和 開 通 緩 沖 電 路 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 ： 又 稱 為 du/dt抑 制 電 路 ， 用于 吸 收

26、 器 件 的 關(guān) 斷 過(guò) 電 壓 和 換 相 過(guò) 電 壓 ， 抑 制du/dt， 減 小 關(guān) 斷 損 耗 。 開 通 緩 沖 電 路 ： 又 稱 為 di/dt抑 制 電 路 ， 用 于抑 制 器 件 開 通 時(shí) 的 電 流 過(guò) 沖 和 di/dt， 減 小 器 件 的開 通 損 耗 。 復(fù) 合 緩 沖 電 路 ： 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 和 開 通 緩 沖 電 路 結(jié)合 在 一 起 。 還 可 分 為 耗 能 式 緩 沖 電 路 和 饋 能 式 緩 沖 電 路 耗 能 式 緩 沖 電 路 ： 緩 沖 電 路 中 儲(chǔ) 能 元 件 的能 量 消 耗 在 其 吸 收 電 阻 上 。 饋 能 式 緩

27、 沖 電 路 ： 緩 沖 電 路 能 將 其 儲(chǔ) 能 元件 的 能 量 回 饋 給 負(fù) 載 或 電 源 ， 也 稱 無(wú) 損 吸 收 電 路 。 通 常 將 緩 沖 電 路 專 指 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 ， 而 將 開 通緩 沖 電 路 區(qū) 別 叫 做 di/dt抑 制 電 路 。 b) tuCEiC O d idt 抑 制 電 路 時(shí)無(wú) didt抑 制 電 路 時(shí)有 有 緩 沖 電 路 時(shí)無(wú) 緩 沖 電 路 時(shí) u CEiC圖 9-14 di/dt抑 制 電 路 和 充 放 電 型 RCD緩 沖 電 路 及 波 形a) 電 路 b) 波 形 圖 9-14a給 出 的是 一 種 緩 沖 電 路

28、 和di/dt抑 制 電 路 的 電路 圖 。 在 無(wú) 緩 沖 電 路 的情 況 下 ， di/dt很 大 ，關(guān) 斷 時(shí) du/dt很 大 ，并 出 現(xiàn) 很 高 的 過(guò) 電壓 ， 如 圖 9-14b。 緩 沖 電 路 b) tuCEiCO didt 抑 制 電 路 時(shí)無(wú) didt抑 制 電 路 時(shí)有 有 緩 沖 電 路 時(shí)無(wú) 緩 沖 電 路 時(shí) uCEiC圖 9-14 di/dt抑 制 電 路 和 充 放 電 型 RCD緩 沖 電 路 及 波 形a) 電 路 b) 波 形 在 有 緩 沖 電 路 的 情 況 下 V開 通 時(shí) ， Cs先 通 過(guò)Rs向 V放 電 ， 使 iC先 上 一 個(gè)臺(tái) 階

29、 ， 以 后 因 為 Li的 作 用 ，iC的 上 升 速 度 減 慢 。 V關(guān) 斷 時(shí) ， 負(fù) 載 電 流通 過(guò) VDs向 Cs分 流 ， 減 輕 了V的 負(fù) 擔(dān) ， 抑 制 了 du/dt和 過(guò)電 壓 。 因 為 關(guān) 斷 時(shí) 電 路 中（ 含 布 線 ） 電 感 的 能 量 要 釋放 ， 所 以 還 會(huì) 出 現(xiàn) 一 定 的 過(guò)電 壓 。 A D CB無(wú) 緩 沖 電 路有 緩 沖 電 路 uCEiCO 圖 9-15 關(guān) 斷 時(shí) 的 負(fù) 載 線 關(guān) 斷 過(guò) 程 無(wú) 緩 沖 電 路 時(shí) ， uCE迅 速 上 升 ， 負(fù) 載 線 從 A移動(dòng) 到 B， 之 后 iC才 下 降 到漏 電 流 的 大

30、小 ， 負(fù) 載 線 隨之 移 動(dòng) 到 C。 有 緩 沖 電 路 時(shí) ， 由 于 負(fù) 載 線 在 到 達(dá) B時(shí) 很 可 能 超 出 安 全 區(qū) ， 使 V受 到 損壞 ， 而 負(fù) 載 線 ADC是 很 安 全 的 ， 且 損 耗 小 。Cs的 分 流 使 iC在 uCE開 始 上 升 的 同 時(shí) 就 下 降 ， 因此 負(fù) 載 線 經(jīng) 過(guò) D到 達(dá) C。 圖 9-16 另 外 兩 種 常 用 的 緩 沖 電 路a)RC吸 收 電 路 b)放 電 阻 止 型 RCD吸 收 電 路 另 外 兩 種 常 用 的 緩 沖 電路 形 式 RC緩 沖 電 路 主 要 用于 小 容 量 器 件 ， 而 放 電

31、阻止 型 RCD緩 沖 電 路 用 于中 或 大 容 量 器 件 。 晶 閘 管 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 一 般 只 承 受 換 相 過(guò) 電 壓 ，沒(méi) 有 關(guān) 斷 過(guò) 電 壓 問(wèn) 題 ， 關(guān) 斷 時(shí) 也 沒(méi) 有 較 大 的 du/dt，因 此 一 般 采 用 RC吸 收 電 路 即 可 。 9.3 電 力 電 子 器 件 的 串 聯(lián) 使 用 和 并 聯(lián) 使 用 9.3.1 晶 閘 管 的 串 聯(lián) 9.3.2 晶 閘 管 的 并 聯(lián) 9.3.3 電 力 MOSFET的 并 聯(lián) 和 IGBT的 并 聯(lián) 9.3.1 晶 閘 管 的 串 聯(lián) 圖 9-17 晶 閘 管 的 串 聯(lián)a)伏 安 特 性 差

32、異 b)串 聯(lián) 均 壓 措 施 對(duì) 較 大 型 的 電 力 電 子 裝 置 ，當(dāng) 單 個(gè) 電 力 電 子 器 件 的 電 壓 或電 流 定 額 不 能 滿 足 要 求 時(shí) ， 往往 需 要 將 電 力 電 子 器 件 串 聯(lián) 或并 聯(lián) 起 來(lái) 工 作 ， 或 者 將 電 力 電子 裝 置 串 聯(lián) 或 并 聯(lián) 起 來(lái) 工 作 。 晶 閘 管 的 串 聯(lián) 當(dāng) 晶 閘 管 的 額 定 電 壓 小 于實(shí) 際 要 求 時(shí) ， 可 以 用 兩 個(gè) 以 上同 型 號(hào) 器 件 相 串 聯(lián) 。 Rp的 阻 值 應(yīng) 比 任何 一 個(gè) 器 件 阻 斷時(shí) 的 正 、 反 向 電阻 小 得 多 圖 9-17 晶 閘 管

33、 的 串 聯(lián)a)伏 安 特 性 差 異 b)串 聯(lián) 均 壓 措 施 由 于 器 件 靜 態(tài) 特 性 不 同而 造 成 的 均 壓 問(wèn) 題 。 為 達(dá) 到 靜 態(tài) 均 壓 ， 首 先應(yīng) 選 用 參 數(shù) 和 特 性 盡 量 一 致 的器 件 ， 此 外 可 以 采 用 電 阻 均 壓 。 Rp的 阻 值 應(yīng) 比 任何 一 個(gè) 器 件 阻 斷時(shí) 的 正 、 反 向 電阻 小 得 多 靜 態(tài) 不 均 壓 問(wèn) 題 圖 9-17 晶 閘 管 的 串 聯(lián)a)伏 安 特 性 差 異 b)串 聯(lián) 均 壓 措 施 由 于 器 件 動(dòng) 態(tài) 參 數(shù) 和 特性 的 差 異 造 成 的 不 均 壓 問(wèn) 題 。 為 達(dá) 到

34、 動(dòng) 態(tài) 均 壓 ， 同 樣首 先 應(yīng) 選 擇 動(dòng) 態(tài) 參 數(shù) 和 特 性 盡量 一 致 的 器 件 ， 另 外 還 可 以 用RC并 聯(lián) 支 路 作 動(dòng) 態(tài) 均 壓 ； 對(duì) 于晶 閘 管 來(lái) 講 ， 采 用 門 極 強(qiáng) 脈 沖觸 發(fā) 可 以 顯 著 減 小 器 件 開 通 時(shí)間 上 的 差 異 。 Rp的 阻 值 應(yīng) 比 任何 一 個(gè) 器 件 阻 斷時(shí) 的 正 、 反 向 電阻 小 得 多 動(dòng) 態(tài) 不 均 壓 問(wèn) 題 9.3.2 晶 閘 管 的 并 聯(lián) 大 功 率 晶 閘 管 裝 置 中 ， 常 用 多 個(gè) 器 件 并 聯(lián) 來(lái) 承 擔(dān)較 大 的 電 流 。 晶 閘 管 并 聯(lián) 就 會(huì) 分 別

35、 因 靜 態(tài) 和 動(dòng) 態(tài) 特 性 參 數(shù) 的差 異 而 存 在 電 流 分 配 不 均 勻 的 問(wèn) 題 。 均 流 的 首 要 措 施 是 挑 選 特 性 參 數(shù) 盡 量 一 致 的 器件 ， 此 外 還 可 以 采 用 均 流 電 抗 器 ； 同 樣 ， 用 門 極強(qiáng) 脈 沖 觸 發(fā) 也 有 助 于 動(dòng) 態(tài) 均 流 。 當(dāng) 需 要 同 時(shí) 串 聯(lián) 和 并 聯(lián) 晶 閘 管 時(shí) ， 通 常 采 用 先串 后 并 的 方 法 聯(lián) 接 。 晶 閘 管 的 并 聯(lián) 9.3.3 電 力 MOSFET的 并 聯(lián) 和 IGBT的 并 聯(lián) Ron具 有 正 溫 度 系 數(shù) ， 具 有 電 流 自 動(dòng) 均 衡

36、能 力 ，容 易 并 聯(lián) 。 應(yīng) 選 用 Ron、 UT、 Gfs和 輸 入 電 容 Ciss盡 量 相 近 的器 件 并 聯(lián) 。 電 路 走 線 和 布 局 應(yīng) 盡 量 對(duì) 稱 。 可 在 源 極 電 路 中 串 入 小 電 感 ,起 到 均 流 電 抗 器 的作 用 。 電 力 MOSFET的 并 聯(lián) 在 1/2或 1/3額 定 電 流 以 下 的 區(qū) 段 ， 通 態(tài) 壓 降 具 有負(fù) 溫 度 系 數(shù) ； 在 以 上 的 區(qū) 段 則 具 有 正 溫 度 系 數(shù) ；也 具 有 一 定 的 電 流 自 動(dòng) 均 衡 能 力 ， 易 于 并 聯(lián) 使 用 。 在 器 件 參 數(shù) 和 特 性 選 擇

37、、 電 路 布 局 和 走 線 、 散熱 條 件 等 方 面 也 應(yīng) 盡 量 一 致 。 IGBT的 并 聯(lián) 本 章 小 結(jié) 本 章 要 點(diǎn) 對(duì) 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 基 本 要 求 。 在 驅(qū) 動(dòng) 電 路 中 實(shí) 現(xiàn) 電 力 電 子 主 電 路 和 控 制 電 路電 氣 隔 離 的 基 本 方 法 和 原 理 。 對(duì) 晶 閘 管 觸 發(fā) 電 路 的 基 本 要 求 以 及 典 型 觸 發(fā) 電路 的 基 本 原 理 。 對(duì) 電 力 MOSFET和 IGBT等 全 控 型 器 件 驅(qū) 動(dòng) 電路 的 基 本 要 求 以 及 典 型 驅(qū) 動(dòng) 電 路 的 基 本 原 理 。 電 力 電 子 器 件 過(guò) 電 壓 的 產(chǎn) 生 原 因 和 過(guò) 電 壓 保 護(hù)的 主 要 方 法 及 原 理 。 電 力 電 子 器 件 過(guò) 電 流 保 護(hù) 的 主 要 方 法 及 原 理 。 電 力 電 子 器 件 緩 沖 電 路 的 概 念 、 分 類 、 典 型 電路 及 基 本 原 理 。 電 力 電 子 器 件 串 聯(lián) 和 并 聯(lián) 使 用 的 目 的 、 基 本 要求 以 及 具 體 注 意 事 項(xiàng) 。