電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路的比較電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。電力電子器件對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的一般性要求驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證器件的充分導(dǎo)通和可靠關(guān)斷以減低器件的導(dǎo)通和開關(guān)損耗。實(shí)現(xiàn)與主電路的電隔離。具有較強(qiáng)的抗干擾能力，目的是防止器件在各種外擾下的誤開關(guān)。具有可靠的保護(hù)能力當(dāng)主電路或驅(qū)動(dòng)電路自身出現(xiàn)故障時(shí)（如過電流和驅(qū)動(dòng)電路欠電壓等），驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)迅速封鎖輸出正向驅(qū)動(dòng)信號(hào)并正確關(guān)斷器件以保障器件的安全。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。晶閘管是半控型器件，一般其驅(qū)動(dòng)電路成為觸發(fā)電路，下面分別分析晶閘管的觸發(fā)電路，GTOGTR電力MOSFE和IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路的工作原理如下:1由VI、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。2當(dāng)VI、V2導(dǎo)通時(shí)，通過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VI、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)的。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)。晶閘管的觸發(fā)電路特點(diǎn)：觸發(fā)脈沖寬度要保證晶閘管可靠導(dǎo)通，有足夠的幅值也不能超過晶閘管門級(jí)的電壓、電流和功率定額等參數(shù)。GTO驅(qū)動(dòng)電路GTO勺開通控制與普通晶閘管相似，下圖為典型的直接耦合式GT?動(dòng)電路，其工作原理可分析如下：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，VD2VD3C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路提供+15V電壓，VD4和C4提供-15V電壓。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。GTC驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)：觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要足夠，在整個(gè)導(dǎo)通期間都施加正門極電流。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。GTF的驅(qū)動(dòng)電路下圖為GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，其包括電氣隔離和晶體管放大電路兩大部分，本電路的特點(diǎn)是：當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，如果V5的發(fā)射極電流全部注入V,會(huì)使V過飽和，關(guān)斷時(shí)退飽和時(shí)間延長。但是VD2和VD3勾成貝克鉗位電路可避免上述情況的發(fā)生。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。MOSFE管驅(qū)動(dòng)電路下圖給出了電力MOSFE管的一種驅(qū)動(dòng)電路，也包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。當(dāng)無輸入信號(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。跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使 MOST導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。在MOS?的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GSGD之間存在寄生電容，而MOS?的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOST驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驅(qū)動(dòng) NMO，S導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOST導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)most。?使電力MOSFE開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取10~15V,使IGBT開通的柵射極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取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。IGBT的驅(qū)動(dòng)電路IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器，例如三菱公司的 M579系列、富士公司的EXB系列等。由于IGBT的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因而驅(qū)動(dòng)電路性能不好常常導(dǎo)致器件損壞，IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有許多特殊的要求：驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升率和下降率要充分大。IGBT導(dǎo)通后，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和電流要有足夠的幅度。瞬時(shí)過載時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)功率要足以保證 IGBT不退出飽和區(qū)而損壞。IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給IGBT的正向驅(qū)動(dòng)電壓十VGE要取合適的值，特別是具有短路工作過程的設(shè)備中使用IGBT時(shí)，其正向驅(qū)動(dòng)電壓更應(yīng)選擇所需要的最小值。IGBT的關(guān)斷過程中，柵一射極間施加的負(fù)偏壓有利于 IGBT的快速關(guān)斷，但也不宜取的過大。（一般取-10V）在大電感負(fù)載的情況下，過快的開關(guān)反而是有害的，大電感負(fù)載在IGBT的快速開通和關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻且幅值很高而寬度很窄的尖峰電壓Ldi/dt，該尖峰不易吸收，容易造成器件損壞。由于IGBT多用于高壓場合，所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離，一般采用高速光耦合隔離或變壓器耦合隔離。IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能地簡單、實(shí)用，應(yīng)具有IGBT的完整保護(hù)功能，很強(qiáng)的抗干擾能力，且輸出阻抗盡可能地低。驅(qū)動(dòng)電路的柵極配線走向應(yīng)與主