電力電子器件應(yīng)用

1、第第9 9章章 電力電子器件應(yīng)用的共性問題電力電子器件應(yīng)用的共性問題 9.1 9.1 電力電子器件的驅(qū)動電力電子器件的驅(qū)動 9.2 9.2 電力電子器件的保護電力電子器件的保護 9.3 9.3 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用 本章小結(jié)本章小結(jié)2/279.1 電力電子器件的驅(qū)動電力電子器件的驅(qū)動 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路 3/279.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述圖圖9-0 電力電子器件在實際應(yīng)

2、用中的系統(tǒng)組成電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成 電氣隔離電氣隔離電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路控制電路、驅(qū)動驅(qū)動電路電路和以電力電子器件為核心的和以電力電子器件為核心的主電路主電路組成一個系統(tǒng)。組成一個系統(tǒng)。4/279.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路的作用驅(qū)動電路的作用 是電力電子主電路與控制電路之間的是電力電子主電路與控制電路之間的接口接口。 良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)開關(guān)狀態(tài)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。 對裝置的

3、運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。路實現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務(wù)驅(qū)動電路的基本任務(wù) 按控制目標的要求給器件施加按控制目標的要求給器件施加開通開通或或關(guān)斷關(guān)斷的信號。的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。5/279.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路還要提供控制電

4、路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用驅(qū)動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)，一般采用光隔光隔離離或或磁隔離磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器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，封裝在一個外殼內(nèi)。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個外殼內(nèi)。 有有普通普通、高速高速和和高傳輸比高傳輸比三種類型。三種類型。 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器磁隔離的元件通常是脈沖變壓器 當(dāng)脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用當(dāng)脈沖較寬時，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。的方法。 ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖圖9-1

5、光耦合器的類型及接法光耦合器的類型及接法a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高傳輸比型高傳輸比型 6/279.1.1 電力電子器件驅(qū)動電路概述電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路的分類驅(qū)動電路的分類 按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)，可以將電力電子器件分為信號的性質(zhì)，可以將電力電子器件分為電流驅(qū)動型電流驅(qū)動型和和電電壓驅(qū)動型壓驅(qū)動型兩類。兩類。 晶閘管的驅(qū)動電路常稱為觸發(fā)電路。晶閘管的驅(qū)動電路常稱為觸發(fā)電路。 驅(qū)動電路具體形式可為驅(qū)動電路具體形式可為分立元件分立元件的，但目前的趨勢是采的，但目前的趨勢是采用專用用專用集

6、成驅(qū)動電路集成驅(qū)動電路。 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。混合集成電路。 為達到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開為達到參數(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)動電路。發(fā)的集成驅(qū)動電路。7/279.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路IIMt1t2t3t4圖圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時間（脈沖前沿上升時間（1 s）t1t3強脈沖寬度強脈沖寬度IM強脈沖幅值（強脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度脈沖寬度I脈沖平頂幅值（脈沖平頂幅值（1.

7、5IGT2IGT） 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 作用：產(chǎn)生符合要求的作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的刻進行控制的相位控制電路相位控制電路。 觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，比如對感性和反電動勢負載的變流器通，比如對感性和反電動勢負載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度足夠的幅度，

8、對，對戶外寒戶外寒冷場合冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿的陡度也倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達需增加，一般需達12A/ s。 觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。及與主電路的電氣隔離。 8/279.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路圖圖9-3 常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的

9、晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路 由由V1、V2構(gòu)成的構(gòu)成的脈沖放大環(huán)脈沖放大環(huán)節(jié)節(jié)和脈沖變壓器和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)和附屬電路構(gòu)成的成的脈沖輸出環(huán)節(jié)脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。兩部分組成。 當(dāng)當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時，通過脈沖導(dǎo)通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。間輸出觸發(fā)脈沖。 VD1和和R3是為了是為了V1、V2由導(dǎo)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放釋放其儲存的能量而設(shè)的。其儲存的能量而設(shè)的。 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它強脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。電路環(huán)節(jié)。(

10、P88 電路分析電路分析) 9/279.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路OttOuGiG圖圖9-4 推薦的推薦的GTO門極電壓電流波形門極電壓電流波形電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路電流驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路 GTO和和GTR是電流驅(qū)動型器是電流驅(qū)動型器件。件。 GTO 開通控制與普通晶閘管相開通控制與普通晶閘管相似，但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和似，但對觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個導(dǎo)陡度要求高，且一般需在整個導(dǎo)通期間施加正門極電流，使通期間施加正門極電流，使GTO關(guān)斷需施加負門極電流，對其幅關(guān)斷需施加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高。值和陡度的要求更高。 GTO

11、一般用于大容量電路一般用于大容量電路的場合，其驅(qū)動電路通常包括的場合，其驅(qū)動電路通常包括開開通驅(qū)動電路通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路關(guān)斷驅(qū)動電路和和門門極反偏電路極反偏電路三部分，可分為三部分，可分為脈沖脈沖變壓器耦合式變壓器耦合式和和直接耦合式直接耦合式兩種兩種類型。類型。 幅值需達陽極電流幅值需達陽極電流的的1/3左右，陡度需左右，陡度需達達50A/ s，強負脈，強負脈沖寬度約沖寬度約30 s，負，負脈沖總寬約脈沖總寬約100 s 施加約施加約5V的負偏的負偏壓，以提高抗干壓，以提高抗干擾能力。擾能力。10/279.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路圖圖9-5 典型的直接耦

12、合式典型的直接耦合式GTO驅(qū)動電路驅(qū)動電路 直接耦合式驅(qū)動電路直接耦合式驅(qū)動電路 可避免電路內(nèi)部的相互干擾可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿；缺點是功耗大，效率沖前沿；缺點是功耗大，效率較低。較低。 電路的電源由高頻電源經(jīng)二電路的電源由高頻電源經(jīng)二極管整流后提供，極管整流后提供，VD1和和C1提供提供+5V電壓，電壓，VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成構(gòu)成倍壓整流電路倍壓整流電路提供提供+15V電電壓，壓，VD4和和C4提供提供-15V電壓。電壓。 V1開通時，輸出正強脈沖；開通時，輸出正強脈沖；V2開通時，輸出正脈沖平頂部開通時，輸出正脈沖平頂部分

13、；分； V2關(guān)斷而關(guān)斷而V3開通時輸出負脈開通時輸出負脈沖；沖；V3關(guān)斷后關(guān)斷后R3和和R4提供門極提供門極負偏壓。負偏壓。 +5V+15V-15V11/279.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路tOibGTR 開通的基極驅(qū)動電流應(yīng)使其處于開通的基極驅(qū)動電流應(yīng)使其處于準飽和導(dǎo)準飽和導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 關(guān)斷時，施加一定的負基極電流有利于減關(guān)斷時，施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。左右）的

14、負偏壓。 GTR的一種驅(qū)動電路的一種驅(qū)動電路 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部分。兩部分。 VD2和和VD3構(gòu)成構(gòu)成貝克箝位電路貝克箝位電路，是一種抗飽，是一種抗飽和電路，可使和電路，可使GTR導(dǎo)通時處于臨界飽和狀態(tài)；導(dǎo)通時處于臨界飽和狀態(tài)； C2為加速開通過程的電容，開通時為加速開通過程的電容，開通時R5被被C2短路，這樣可以實現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，并增加短路，這樣可以實現(xiàn)驅(qū)動電流的過沖，并增加前沿的陡度，加快開通。前沿的陡度，加快開通。 驅(qū)動驅(qū)動GTR的集成驅(qū)動電路中，的集成驅(qū)動電路中，THOMSON公公司的司的UAA4002和三菱公司的和三菱公司的M57215BL

15、較為常較為常見。見。圖圖9-6 理想的理想的GTR基極驅(qū)動電流波形基極驅(qū)動電流波形V D1AVV S0V+10V+15VV1V D2V D3V D4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖圖9-7 GTR的一種驅(qū)動電路的一種驅(qū)動電路 12/279.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路圖圖9-8 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動電路的一種驅(qū)動電路電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路電壓驅(qū)動型器件的驅(qū)動電路 電力電力MOSFET和和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。是電壓驅(qū)動型器件。 為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路具有較小的輸出電阻。較小的輸出電阻。

16、使電力使電力MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動電開通的柵源極間驅(qū)動電壓一般取壓一般取1015V，使，使IGBT開通的柵射極間驅(qū)開通的柵射極間驅(qū)動電壓一般取動電壓一般取15 20V。 關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取取 -5 -15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。耗。 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小可以減小寄生振蕩寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動器件電流額定值的增大而減小。件電流額定值的增大而減小。 電力電力MOSFET 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放

17、大電路晶體管放大電路兩部分；兩部分；當(dāng)無輸入信號時當(dāng)無輸入信號時高速放大器高速放大器A輸出負電平，輸出負電平，V3導(dǎo)通輸出負驅(qū)動電壓，當(dāng)有輸入信號時導(dǎo)通輸出負驅(qū)動電壓，當(dāng)有輸入信號時A輸出輸出正電平，正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓。導(dǎo)通輸出正驅(qū)動電壓。 13/279.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動電路典型全控型器件的驅(qū)動電路圖圖9-9 M57962L型型IGBT驅(qū)動器的原理和接線圖驅(qū)動器的原理和接線圖 專為驅(qū)動電力專為驅(qū)動電力MOSFET而設(shè)計的混合集成電路有三菱公司的而設(shè)計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為，輸出最大脈

18、沖電流為+2A和和-3A，輸出驅(qū)動電，輸出驅(qū)動電壓壓+15V和和-10V。 IGBT 多采用專用的多采用專用的混合集成驅(qū)動器混合集成驅(qū)動器，常用的有三菱公司的，常用的有三菱公司的M579系列（如系列（如M57962L和和M57959L）和富士公司的）和富士公司的EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850和和EXB851）。）。14/279.2 電力電子器件的保護電力電子器件的保護 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 9.2.2 過電流保護過電流保護 9.2.3 緩沖電路緩沖電路15/279.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過

19、電壓分為過電壓分為外因過電壓外因過電壓和和內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓兩類。兩類。 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原 因，包括因，包括 操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓。：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓。 雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過 程，包括程，包括 換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管：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，會由線路電

20、感在在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。器件兩端感應(yīng)出過電壓。 關(guān)斷過電壓關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件關(guān)斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。兩端感應(yīng)出的過電壓。 16/279.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護圖圖9-10過電壓抑制措施及配置位置過電壓抑制措施及配置位置F避雷器避雷器D變壓器靜電屏蔽層變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路

21、電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路電路RV壓敏電阻過電壓抑制器壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用閥器件換相過電壓抑制用RC電路電路RC4直流側(cè)直流側(cè)RC抑制電路抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電路過電壓抑制措施及配置位置過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。各電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 RC3和和RCD為抑制為抑制內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓的措施。的措施。 17/279.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護圖圖9-11 RC過電壓抑制電路聯(lián)

22、結(jié)方式過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式a)單相單相b)三相三相圖圖9-12反向阻斷式過電壓抑制用反向阻斷式過電壓抑制用RC電路電路抑制外因過電壓來采用抑制外因過電壓來采用RC過電壓抑制電路。過電壓抑制電路。對大容量的電力電子裝置，可采用圖對大容量的電力電子裝置，可采用圖9-12所示的所示的反向阻斷式反向阻斷式RC電路。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（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）等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。 18/279.2.2 過電流保護過電流保護圖圖9-13 過電流保

23、護措施及配置位置過電流保護措施及配置位置過電流分過載和短路兩種情況。過電流分過載和短路兩種情況。 過電流保護措施及其配置位置過電流保護措施及其配置位置 快速熔斷器快速熔斷器、直流快速斷路器直流快速斷路器和和過電流繼電器過電流繼電器是較為常用的措施，一般是較為常用的措施，一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。性。 通常，電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保通常，電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電

24、器整定護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。在過載時動作。 19/279.2.2 過電流保護過電流保護快速熔斷器（簡稱快熔）快速熔斷器（簡稱快熔） 是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施。是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施。 選擇快熔時應(yīng)考慮選擇快熔時應(yīng)考慮 電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。 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。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。 快熔的快熔的 t值應(yīng)小于被保護器件的允許值應(yīng)小于被保護器件

25、的允許 t值。值。 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間 電流特性。電流特性。 快熔對器件的保護方式可分為快熔對器件的保護方式可分為全保護全保護和和短路保護短路保護兩種。兩種。 全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。較大的場合。 短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電子電路

26、電路進行過電流保護。進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)過電流保護環(huán)節(jié)，器件對電流的，器件對電流的響應(yīng)是最快的。響應(yīng)是最快的。I2I220/279.2.3 緩沖電路緩沖電路緩沖電路（緩沖電路（Snubber Circuit）又稱為吸收電路，其作用是抑制電力）又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的電子器件的內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓、du/dt或者或者過電流過電流和和di/dt，減小器件的，減小器件的開關(guān)開關(guān)損耗損耗。分類分類 分為分為關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路和和開通緩沖電路開通緩沖電路 關(guān)斷緩沖電路：又稱為關(guān)斷緩沖電路：又稱為du/dt抑制電

27、路，用于吸收器件的關(guān)斷過抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。，減小關(guān)斷損耗。 開通緩沖電路：又稱為開通緩沖電路：又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。，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。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。 還可分為還可分為耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路和和饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路 ：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電：緩沖電路中儲能元

28、件的能量消耗在其吸收電阻上。阻上。 饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 ：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載或電源，也稱無損吸收電路?；螂娫?，也稱無損吸收電路。 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。抑制電路。 21/279.2.3 緩沖電路緩沖電路b)tuCEiCOd idt抑制電路時無didt抑制電路時有有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC圖圖9-14di/dt抑制電路和充放電型抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形緩沖電路及波形a) 電路電路 b) 波形波形緩

29、沖電路緩沖電路 圖圖9-14a給出的是一種緩沖給出的是一種緩沖電路和電路和di/dt抑制電路的電路圖。抑制電路的電路圖。 在無緩沖電路的情況下，在無緩沖電路的情況下，di/dt很大，關(guān)斷時很大，關(guān)斷時du/dt很大，很大，并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖9-14b。 在有緩沖電路的情況下在有緩沖電路的情況下 V開通時，開通時，Cs先通過先通過Rs向向V放電，使放電，使iC先上一個臺階，以先上一個臺階，以后因為后因為Li的作用，的作用，iC的上升速度的上升速度減慢。減慢。 V關(guān)斷時，負載電流通過關(guān)斷時，負載電流通過VDs向向Cs分流，減輕了分流，減輕了V的負擔(dān)，的負擔(dān)，抑制了抑制

30、了du/dt和過電壓。和過電壓。 因為關(guān)斷時電路中（含因為關(guān)斷時電路中（含布線）電感的能量要釋放，所布線）電感的能量要釋放，所以還會出現(xiàn)一定的過電壓。以還會出現(xiàn)一定的過電壓。 22/279.2.3 緩沖電路緩沖電路ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO圖圖9-15 關(guān)斷時的負載線關(guān)斷時的負載線圖圖9-16 另外兩種常用的緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路吸收電路b)放電阻止型放電阻止型RCD吸收電路吸收電路 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 無緩沖電路時，無緩沖電路時，uCE迅速上升，負迅速上升，負載線從載線從A移動到移動到B，之后，之后iC才下降到漏電才下降到漏電流的大小，負載線隨之移動到流的

31、大小，負載線隨之移動到C。 有緩沖電路時，由于有緩沖電路時，由于Cs的分流使的分流使iC在在uCE開始上升的同時就下降，因此負開始上升的同時就下降，因此負載線經(jīng)過載線經(jīng)過D到達到達C。 負載線在到達負載線在到達B時很可能超出安全時很可能超出安全區(qū)，使區(qū)，使V受到損壞，而負載線受到損壞，而負載線ADC是很是很安全的，且損耗小。安全的，且損耗小。另外兩種常用的緩沖電路形式另外兩種常用的緩沖電路形式 RC緩沖電路緩沖電路主要用于小容量器件，主要用于小容量器件，而而放電阻止型放電阻止型RCD緩沖電路緩沖電路用于中或大用于中或大容量器件。容量器件。 晶閘管在實際應(yīng)用中一般只承受換晶閘管在實際應(yīng)用中一般只

32、承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓問題，關(guān)斷相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓問題，關(guān)斷時也沒有較大的時也沒有較大的du/dt，因此一般采用，因此一般采用RC吸收電路即可。吸收電路即可。 23/279.3 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用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)晶閘管的串聯(lián) 9.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 9.3.3 電力電力MOSFET的并聯(lián)和的并聯(lián)和IGBT的并聯(lián)的并聯(lián)24/279.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)圖圖9-17 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施串聯(lián)均壓措施對較大型的電力電子裝置，當(dāng)單個電力電子器件對較大型的電力電

33、子裝置，當(dāng)單個電力電子器件的電壓或電流定額不能滿足要求時，往往需要的電壓或電流定額不能滿足要求時，往往需要將電將電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)起來工作，或者起來工作，或者將電力電子將電力電子裝置串聯(lián)或并聯(lián)裝置串聯(lián)或并聯(lián)起來工作。起來工作。 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 當(dāng)晶閘管的當(dāng)晶閘管的額定電壓額定電壓小于實際要求時，可以用小于實際要求時，可以用兩個以上同型號器件相串聯(lián)。兩個以上同型號器件相串聯(lián)。 靜態(tài)不均壓問題靜態(tài)不均壓問題 由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓問題。由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓問題。 為達到靜態(tài)均壓，首先應(yīng)選用參數(shù)和特性盡為達到靜態(tài)均壓，首先應(yīng)選用參數(shù)和特性盡量一

34、致的器件，此外可以量一致的器件，此外可以采用電阻均壓采用電阻均壓。 動態(tài)不均壓問題動態(tài)不均壓問題 由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓問題。壓問題。 為達到動態(tài)均壓，同樣首先應(yīng)選擇動態(tài)參數(shù)為達到動態(tài)均壓，同樣首先應(yīng)選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件，另外還可以和特性盡量一致的器件，另外還可以用用RC并聯(lián)支并聯(lián)支路作動態(tài)均壓路作動態(tài)均壓；對于晶閘管來講，采用門極強脈沖；對于晶閘管來講，采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異。觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異。 Rp的阻值應(yīng)比任的阻值應(yīng)比任何一個器件阻斷何一個器件阻斷時的正、反向電時的正、反向電阻小得多阻小得多25/279.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 大功率晶閘管裝置中，常用多個器件并聯(lián)來承大功率晶閘管裝置中，常用多個器件并聯(lián)來承擔(dān)擔(dān)較大的電流較大的電流。 晶閘