典型電力電子器件

1、1典型全控型器件典型全控型器件 1.4.1 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 1.4.2 電力晶體管電力晶體管 1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 1.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管1.42門(mén)極可關(guān)斷晶閘管在晶閘管問(wèn)世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，從而將電力電子技術(shù)又帶入了一個(gè)嶄新時(shí)代。典型代表門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。典型全控型器件典型全控型器件第五章第五章3門(mén)極可關(guān)斷晶門(mén)極可關(guān)斷晶閘管閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-

2、Off Thyristor GTO） 晶閘管的一種派生器件 可以通過(guò)在門(mén)極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷 GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用一一41. GTO1. GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 與普通晶閘管的相同點(diǎn)相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。 和普通晶閘管的不同點(diǎn)不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門(mén)極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各

3、單元的陰極、門(mén)極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號(hào)幻燈片 125工作原理：工作原理： 與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型來(lái)分析。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b) 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 1+ 2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。當(dāng)1+21時(shí)，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)1+21時(shí)，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。 由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個(gè)晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益1和2。6GTO能夠通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別區(qū)別： （1）設(shè)計(jì)2較大，

4、使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO關(guān)斷。 （ 2 ） 導(dǎo) 通 時(shí)1+2更 接 近 1（1.05，普通晶閘管1+21.15）導(dǎo)通時(shí)飽和不深，接近臨界飽和，有利門(mén)極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。 （3）多元集成結(jié)構(gòu)使GTO元陰極面積很小，門(mén)、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽出較大電流 。RN PNPN PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b) 晶閘管的工作原理7由上述分析我們可以得到以下結(jié)論結(jié)論： GTO導(dǎo)通過(guò)程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。 GTO關(guān)斷過(guò)程：強(qiáng)烈正反饋門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使

5、IA和Ic1減小，又進(jìn)一步減小V2的基極電流。當(dāng)IA和IK的減小使1+21時(shí)，器件退出飽和而關(guān)斷。 多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開(kāi)通過(guò)程快，承受di/dt能力強(qiáng) 。82. GTO的動(dòng)態(tài)的動(dòng)態(tài)特性特性開(kāi)通過(guò)程：開(kāi)通過(guò)程：與普通晶閘管類(lèi)似，需經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。Ot0t圖1-14iGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖1-14 GTO的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形門(mén)極可關(guān)斷晶門(mén)極可關(guān)斷晶閘管閘管1.4.19關(guān)斷過(guò)程：關(guān)斷過(guò)程：與普通晶閘管有所不同 抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子儲(chǔ)存時(shí)間儲(chǔ)存時(shí)間ts，使等效晶體管退出飽和。 等效晶體管從飽和區(qū)退

6、至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小下降時(shí)間下降時(shí)間tf 。 殘存載流子復(fù)合尾部尾部時(shí)間時(shí)間tt 。 通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)。 門(mén)極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲(chǔ)存載流子的速度越快，ts越短。 門(mén)極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍保持適當(dāng)負(fù)電壓，則可縮短尾部時(shí)間 。Ot0t圖1-14iGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 GTO的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形103. 3. GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。延遲時(shí)間一般約12s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽(yáng)極電流值的增大而增大。 一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，不包括尾部時(shí)間。GTO的儲(chǔ)存

7、時(shí)間隨陽(yáng)極電流的增大而增大，下降時(shí)間一般小于2s。2) 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間toff1) 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間ton 不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類(lèi)似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時(shí)，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。113)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO4) 電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 offGMATOoffII=（1-8） off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1000A的GTO關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門(mén)極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱(chēng)為電流關(guān)斷增益。12門(mén)極可關(guān)斷晶閘管

8、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路（一）（一）GTO門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)波形門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)波形門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖13GTO門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路實(shí)例門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路14術(shù)語(yǔ)用法：術(shù)語(yǔ)用法： 電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱(chēng)為Power BJT。 在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個(gè)名稱(chēng)等效。 應(yīng)用應(yīng)用 20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘

9、管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。電力晶體管電力晶體管二二15161. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-15a)基極bP基區(qū)N漂移區(qū)N+襯底基極b 發(fā)射極c集電極cP+P+N+b)bec空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ib圖1-15 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng) 與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。 主要特性是耐壓高、電流大、開(kāi)關(guān)特性好。 通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。 采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。17在應(yīng)用中，GTR一般采

10、用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為 （1-9） GTR的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，反映了基極電流對(duì)集電極電流的控制能力 當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時(shí)，ic和ib的關(guān)系為 ic= ib +Iceo （1-10）產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中通常給直流電流增益hFE在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認(rèn)為 hFE 。單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。bcii=18+Ub-UbCBE+Ucc19 2. GTR的基本特性的基本特性 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)截止區(qū)、放大區(qū)放大區(qū)和飽和區(qū)飽

11、和區(qū)。 在電力電子電路中GTR工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū) 在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過(guò)渡時(shí)，要經(jīng)過(guò)放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)圖1-16OIcib3ib2ib1ib1ib2 BUcex BUces BUcer Buceo實(shí)際使用時(shí)，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。23 2) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。 3) 集電極最大耗散功率集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫

12、度 。244. GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿一次擊穿 集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。 只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。 二次擊穿二次擊穿 一次擊穿發(fā)生時(shí)Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降。 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。25安全工作區(qū)（安全工作區(qū)（Safe Operating AreaSOA） 最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖1-18 GTR的安全工作區(qū)26也分為結(jié)型結(jié)

13、型和絕緣柵型絕緣柵型（類(lèi)似小功率Field Effect TransistorFET）但通常主要指絕緣柵型絕緣柵型中的MOS型型（Metal Oxide Semiconductor FET）簡(jiǎn)稱(chēng)電力MOSFET（Power MOSFET）結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱(chēng)作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 特點(diǎn)特點(diǎn)用柵極電壓來(lái)控制漏極電流 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。 開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高。 熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于GTR。 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置 。三三271. 電力電力MOSFET的結(jié)

14、構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 電力電力MOSFET的種類(lèi)的種類(lèi) 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道溝道和N溝道溝道 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道 增強(qiáng)型增強(qiáng)型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道 電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)溝道增強(qiáng)型型2829電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。電力MOSFET的多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。 國(guó)際整流器公司（International Rectifier）的HEXFET采用了六邊形單元 西門(mén)子公司（S

15、iemens）的SIPMOSFET采用了正方形單元 摩托羅拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列 N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)30小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為VMOSFET（Vertical MOSFET）大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSF

16、ET）。這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論31 電力電力MOSFET的工作原理的工作原理 截止：截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。 導(dǎo)電：導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS 柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。 當(dāng)UGS大于UT（開(kāi)啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+

17、N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)絕緣柵雙極晶體管321) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱(chēng)為MOSFET的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移特性。移特性。ID較大時(shí)，ID與與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)跨導(dǎo)Gfs。01020305040圖1-202468a)10203050400b)10 20 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖1-20 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性2. 電力電力M

18、OSFET的基本特性的基本特性33MOSFET的漏極伏安特性的漏極伏安特性： 截止區(qū)截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)） 飽和區(qū)飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)） 非飽和區(qū)非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)） 電力MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。 電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。 電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。01020305040圖1-202468a)10203050400b)10 20 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6

19、VUGS=7VUGS=8VID/A 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性34 2) 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通延遲時(shí)間開(kāi)通延遲時(shí)間td(on) up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開(kāi)始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)間段。上升時(shí)間上升時(shí)間tr uGS從從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段。 iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。 UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān) UGS達(dá)到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變。開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間ton開(kāi)通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。a）b)圖1-21RsRGRFRLiDuGSupiD信號(hào)+U

20、EiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖1-21 電力MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程a) 測(cè)試電路 b) 開(kāi)關(guān)過(guò)程波形up脈沖信號(hào)源，Rs信號(hào)源內(nèi)阻，RG柵極電阻，RL負(fù)載電阻，RF檢測(cè)漏極電流35關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷延遲時(shí)間關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) up下降到零起，Cin通過(guò)Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時(shí)，iD開(kāi)始減小止的時(shí)間段。下降時(shí)間下降時(shí)間tf uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿 。 除跨導(dǎo)Gfs、開(kāi)啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有： 384) 極間電容極間電容 極間電容CG

21、S、CGD和CDS 廠家提供：漏源極短路時(shí)的輸入電容Ciss、共源極輸出電容Coss和反向轉(zhuǎn)移電容CrssCiss= CGS+ CGD （1-14）Crss= CGD （1-15）Coss= CDS+ CGD （1-16） 輸入電容可近似用Ciss代替。 這些電容都是非線性的。 漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。 一般來(lái)說(shuō)，電力MOSFET不存在二次擊穿問(wèn)題，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)際使用中仍應(yīng)注意留適當(dāng)?shù)脑Ａ俊?9絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 GTR和和GTO的特點(diǎn)的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能

22、力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū) 動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件 絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar Transistor IGBT或IGT） GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有好的特性。 1986年投入市場(chǎng)后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場(chǎng),中小功率電力

23、電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。 繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。四四401. IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)41IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 圖1-22aN溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT（N-IGBT） IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)

24、J1。使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力。 簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā) 射 極 柵 極集 電 極注 入 區(qū)緩 沖 區(qū)漂 移 區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)42IGBT的原理的原理 驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本

25、相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。 導(dǎo)通導(dǎo)通：uGE大于開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。 導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小。 關(guān)斷關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。43442. IGBT的基本特性的基本特性 1) IGBT的靜態(tài)特性的靜態(tài)特性O(shè)有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)a)b)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加圖1-23 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性45 轉(zhuǎn)移

26、特性轉(zhuǎn)移特性IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類(lèi)似。開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGE(th)IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時(shí)，UGE(th)的值一般為26V。 輸出特性輸出特性（伏安特性）以UGE為參考變量時(shí)，IC與UCE間的關(guān)系。分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。uCE0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)a )b )ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加圖1-23 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸

27、出特性46 2) IGBT的動(dòng)態(tài)特性的動(dòng)態(tài)特性圖1-24 IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管1.4.447 IGBT的開(kāi)通過(guò)程的開(kāi)通過(guò)程 與MOSFET的相似，因?yàn)殚_(kāi)通過(guò)程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行。開(kāi)通延遲時(shí)間開(kāi)通延遲時(shí)間td(on) 從uGE上升至其幅值10%的時(shí)刻 ， 到 iC上 升 至 1 0 % ICM 。 電流上升時(shí)間電流上升時(shí)間tr iC從10%ICM上升

28、至90%ICM所需時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間ton開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和。uCE的下降過(guò)程分為tfv1和tfv2兩段。tf v 1IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過(guò)程；tfv2MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過(guò)程。圖1-24 IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM48IGBT的關(guān)斷過(guò)程的關(guān)斷過(guò)程 關(guān)斷延遲時(shí)間關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) 從uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起，到iC下降至90%IC

29、M 。 電流下降時(shí)間電流下降時(shí)間iC從90%ICM下降至10%ICM 。 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間toff關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和。 電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較快；tfi2IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較慢。圖1-24 IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM49 IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了

30、少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET。 IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)。 高壓器件的N基區(qū)必須有足夠?qū)挾群洼^高的電阻率，這會(huì)引起通態(tài)壓降的增大和關(guān)斷時(shí)間的延長(zhǎng)。 通過(guò)對(duì)IGBT的基本特性的分析，可以看出：503. IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)正常工作溫度下允許的最大功耗 。3) 最大集電極功耗最大集電極功耗PCM包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 。 2) 最大集電極電流最大集電極電流由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定。1) 最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES51IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：(

31、1) 開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。(2) 相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。(3) 通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4) 輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類(lèi)似。(5) 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn) 。 524. IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)寄生晶閘管寄生晶閘管由一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開(kāi)關(guān)器件的P+N-P晶體管組成。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注

32、入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)53擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件 。最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。反向偏置安全工作區(qū)反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。正偏安全工作區(qū)正偏安全工作區(qū)（FBSOA） 動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。 擎住效應(yīng)曾限制

33、IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始逐漸解決。NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控。54電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng) 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路1.655電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口 使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率

34、、可靠性和安全性都有重要的意義。 對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(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)。1.6.1驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)： 將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。 對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控制信號(hào)。 對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。56 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電電氣隔離氣隔離環(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 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖1-25 光耦合器的類(lèi)型及接法a) 普通型 b) 高

35、速型 c) 高傳輸比型電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述1.6.157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)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路專(zhuān)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(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述58晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用作用：產(chǎn)生符合要求的門(mén)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。廣義上講，還包括對(duì)其觸發(fā)

36、時(shí)刻進(jìn)行控制的相位控制電路。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：1)觸發(fā)脈沖的寬度寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通（結(jié)合擎住電流擎住電流的概念）。2)觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。幅度。3)不超過(guò)門(mén)極電壓、電流和功率定額，且在可靠可靠觸發(fā)區(qū)觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。4)應(yīng)有良好的抗干擾抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。電氣隔離。59V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié) V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門(mén)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?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè) 。ItIMt1t2t3t4圖1-

37、26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)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT）圖1-27 常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E260典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路1) GTO GTO的開(kāi)通控制開(kāi)通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)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(mén)極電流。 使GTO關(guān)斷關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高，關(guān)斷后還應(yīng)在門(mén)陰極施加約5V的負(fù)偏壓以提高抗干擾能力。圖圖1-28推薦的推薦的GTO門(mén)極電壓電流波形門(mén)

38、極電壓電流波形OttOuGiG1. 電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路61GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路門(mén)極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式脈沖變壓器耦合式和直接直接耦合式耦合式兩種類(lèi)型。直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，因此目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。62典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路：5 0 k H z5 0 VG T ON1N2N3C1C3C4C2R1R2R3R4V1V3V2LV D1VD2V D3V D4圖1-29 典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路 二極管VD1和

39、電容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和電容C4提供-15V電壓 V1開(kāi)通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖 V2開(kāi)通時(shí)輸出正脈沖平頂部分 V2關(guān)斷而V3開(kāi)通時(shí)輸出負(fù)脈沖 V3關(guān)斷后R3和R4提供門(mén)極負(fù)偏壓632) GTR 開(kāi) 通 驅(qū) 動(dòng) 電 流 應(yīng) 使GTR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GTR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。tOib 圖1-30 理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形64GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和

40、晶體管放大電路兩部分兩部分 二極管VD2和電位補(bǔ)償二極管VD3構(gòu)成貝克箝位電路貝克箝位電路，也即一種抗抗飽和飽和電路，負(fù)載較輕時(shí)，如V5發(fā)射極電流全注入V，會(huì)使V過(guò)飽和。有了貝克箝位電路，當(dāng)V過(guò)飽和使得集電極電位低于基極電位時(shí)，VD2會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，使多余的驅(qū)動(dòng)電流流入集電極，維持Ubc0。 C2為加速開(kāi)通過(guò)程的電容。開(kāi)通時(shí)，R5被C2短路。可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流的過(guò)沖，并增加前沿的陡度，加快開(kāi)通。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖1-31GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路652. 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路柵源間、柵射間有數(shù)

41、千皮法的電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般1015V，使IGBT開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15 20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取 -5 -15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。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)器件電流額定值的增大而減小。661) 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路： 電氣隔離電氣隔離和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部分 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 。 專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三

42、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。 A+-MOSFET20V20VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+VCC圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路672) IGBT的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng) 多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器13故障指示檢測(cè)端VCC接口電路門(mén)極關(guān)斷電路定時(shí)及復(fù)位電路檢測(cè)電路415861413uoVEE81546-10V+15V30V+5VM57962 L14ui1快恢復(fù)trr0.2s4.7k 3.1100F100F 常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的

43、EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851） 內(nèi)部具有退飽和檢測(cè)和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號(hào)。 M57962L輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓均為+15V左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為 -10V。圖1-33M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖68電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù) 過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù) 過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù) 緩沖電路（緩沖電路（SnubberSnubber Circuit Circuit）69過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過(guò)電壓電力電子裝置可能的過(guò)

44、電壓外因過(guò)電壓外因過(guò)電壓和內(nèi)因內(nèi)因過(guò)電壓過(guò)電壓 外因過(guò)電壓外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外因 (1) 操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起 (2) 雷擊過(guò)電壓雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起 內(nèi)因過(guò)電壓內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程 (1) 換相過(guò)電壓換相過(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)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。 (2) 關(guān)斷過(guò)電壓關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。70S圖1-34FRVRCDTDC

45、UMRC1RC2RC3RC4LBSDC圖1-34過(guò)電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(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 電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種 其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過(guò)電壓的措施，屬于緩沖電路范疇71外因過(guò)電壓抑制措施中，RC過(guò)電壓抑制電路最為常見(jiàn)，典型聯(lián)結(jié)方式見(jiàn)圖1-35。+-+-a )b )網(wǎng)側(cè)閥側(cè)直流側(cè)圖 1 - 3 5CaRaCaRaCd cRd cCd cRd

46、 cCaRaCaRa圖1-35RC過(guò)電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式a)單相b)三相 RC過(guò)電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱(chēng)網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱(chēng)閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。72大容量電力電子裝置可采用圖1-36所示的反向阻斷式RC電路電力電子裝置過(guò)電壓抑制電路圖1-36C1R1R2C2圖1-36反向阻斷式過(guò)電壓抑制用RC電路 保護(hù)電路參數(shù)計(jì)算可參考相關(guān)工程手冊(cè) 其他措施：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）等非線性元器件限制或吸收過(guò)電壓73過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流過(guò)載過(guò)載和短路短路兩種情況 常用措施負(fù)載觸發(fā)電路開(kāi)關(guān)電路過(guò)電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器圖1-37 快速熔斷器、直流快速斷路器和過(guò)電流繼電器。 同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。 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)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。圖過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置74采用快速熔斷器快速熔斷器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：(1)電壓等級(jí)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓確定。(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。(3)快熔的I 2