门控电路第八章第八章 电力电子器件的电力电子器件的门极控制电路门极控制电路电力电子装置主电路、控制电路电力电子装置主电路、控制电路控制电路的作用：控制电路的作用：将给定信号转换为主电路开关器件所需的触将给定信号转换为主电路开关器件所需的触发脉冲信号，以使主电路实现相应功能。发脉冲信号，以使主电路实现相应功能。 March 30, 20001门控电路控制电路的构成：控制电路的构成：控制电源控制电源控制脉冲产生电路控制脉冲产生电路门极控制电路门极控制电路同步信号产生电路同步信号产生电路检测、反馈电路检测、反馈电路保护电路保护电路显示、报警电路显示、报警电路 March 30, 20002门控电路本章主要内容：本章主要内容：掌握晶闸管对触发电路的要求，了解晶体管掌握晶闸管对触发电路的要求，了解晶体管移相触发电路及同步电源的选择，掌握移相触发电路及同步电源的选择，掌握GTO、IGBT、MOSFET等器件对触发电路的要求。等器件对触发电路的要求。重点：重点：掌握掌握IGBT触发电路。触发电路。 March 30, 20003门控电路第一节第一节 晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求触发脉冲的作用：触发脉冲的作用：决定晶闸管导通时刻，提供门极触发电流。决定晶闸管导通时刻，提供门极触发电流。触发脉冲参数要求：触发脉冲参数要求：触发电流触发电流大于额定值，保证可靠触发大于额定值，保证可靠触发触发脉冲宽度触发脉冲宽度使阳极电流大于擎住电流使阳极电流大于擎住电流强触发强触发提高提高di/dt的承受能力的承受能力触发功率触发功率需要功率放大电路需要功率放大电路 March 30, 20004门控电路触发脉冲形式要求：触发脉冲形式要求：正向脉冲正向脉冲门极对阴极为正电压门极对阴极为正电压脉冲形式脉冲形式宽脉冲、窄脉冲、脉冲列宽脉冲、窄脉冲、脉冲列与主电路同步与主电路同步保持固定相位关系保持固定相位关系与主电路隔离与主电路隔离高、低压电源隔离高、低压电源隔离抗干扰能力抗干扰能力防止误触发防止误触发 March 30, 20005门控电路第三节第三节 晶体管移相触发电路晶体管移相触发电路控制电压控制电压 UK - 触发角触发角 - 输出电压输出电压Ud 垂直移相原理：垂直移相原理：同步信号同步信号uT与与UK的交点决定触发时刻的交点决定触发时刻UK垂直移动，交点对应相位变化垂直移动，交点对应相位变化(移相移相) March 30, 20006门控电路垂直移相方式：垂直移相方式：串联垂直移相串联垂直移相并联垂直移相并联垂直移相 March 30, 20007门控电路同步信号为正弦波的移相触发电路同步信号为正弦波的移相触发电路基本环节：同步移相环节、脉冲形成环节基本环节：同步移相环节、脉冲形成环节 功率放大环节、隔离输出环节功率放大环节、隔离输出环节 March 30, 20008门控电路 March 30, 20009门控电路uT的选择原则：的选择原则：UK=0时，时，Ud=0，对应，对应 =90 March 30, 200010门控电路UK 与与 uT 没有交点，触发脉冲丢失没有交点，触发脉冲丢失防止方法：信号合成，限制防止方法：信号合成，限制 min 、 min 。 March 30, 200011门控电路同步信号为锯齿波的移相触发电路同步信号为锯齿波的移相触发电路特点：特点：锯齿波同步信号不受锯齿波同步信号不受 电网波动影响电网波动影响UK 与与 成线性关系成线性关系 March 30, 200012门控电路第五节第五节 触发电路同步信号的选择触发电路同步信号的选择同步信号选择原则：同步信号选择原则：使使UK = 0 时，时，Ud = 0。选择依据：选择依据：整流电路形式整流电路形式触发电路形式触发电路形式变压器接线形式变压器接线形式 March 30, 200013门控电路例一：三相全控桥、正弦波触发电路例一：三相全控桥、正弦波触发电路UK = 0 时，对应时，对应 = 90 同步信号滞后于阳极电压同步信号滞后于阳极电压 120 T1管：管：阳极电压：阳极电压：ua 同步信号：同步信号：uT1= ub T2管：管：阳极电压：阳极电压： uc 同步信号：同步信号：uT2 = ua March 30, 200014门控电路例二：三相全控桥、锯齿波触发电路例二：三相全控桥、锯齿波触发电路原则：锯齿波起点对应原则：锯齿波起点对应 = 0 ， 即即 uT 的的180 对应对应 ua 的的30 同步信号超前于阳极电压同步信号超前于阳极电压 150 主变压器接线形式：主变压器接线形式： /Y 11同步变压器接线形式：同步变压器接线形式：Y/Y 12/6 March 30, 200015门控电路同步信号与阳极电压对应关系：同步信号与阳极电压对应关系：晶闸管晶闸管 ： T1 T2 T3 T4 T5 T6 阳极电压：阳极电压： +ua uc +ub ua +uc ub 同步信号：同步信号： uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb March 30, 200016门控电路第六节第六节 GTO的门控电路的门控电路GTO门控电路的特点：门控电路的特点：GTO的开通、关断分别由开通电路、关断电的开通、关断分别由开通电路、关断电路完成。路完成。开通过程与开通过程与SCR相似。相似。维持导通需加正向偏置电流。维持导通需加正向偏置电流。关断时需要足够大的关断电流及能量。关断时需要足够大的关断电流及能量。 March 30, 200017门控电路 March 30, 200018门控电路GTO的主要缺点：的主要缺点：关断电流大，约为阳极电流的关断电流大，约为阳极电流的 20% 33%控制电路复杂，控制电路复杂，GTO易烧损。易烧损。关断电路的实现：关断电路的实现：由外加负电源提供关断电流。由外加负电源提供关断电流。由储能电容器提供关断能量。由储能电容器提供关断能量。关断电路输出级功率元件：关断电路输出级功率元件：SCR、GTR、MOSFET March 30, 200019门控电路用用SCR关断关断GTO的门控电路：的门控电路： March 30, 200020门控电路用用GTR关断关断GTO的门控电路：的门控电路： March 30, 200021门控电路用用MOSFET关断关断GTO的门控电路：的门控电路： March 30, 200022门控电路第八节第八节 MOSFET 和和 IGBT 的驱动电路的驱动电路场控型器件，驱动简单，驱动功率小。场控型器件，驱动简单，驱动功率小。基本控制原理：基本控制原理：开通：为栅极电容提供充电电流。开通：为栅极电容提供充电电流。关断：为栅极电容提供放电回路。关断：为栅极电容提供放电回路。为了提高开关频率，减小开通、关断时间，为了提高开关频率，减小开通、关断时间， 充电、放电电流不能太小。充电、放电电流不能太小。 March 30, 200023门控电路驱动电路形式：驱动电路形式：直接驱动直接驱动隔离驱动（变压器隔离、光耦隔离）隔离驱动（变压器隔离、光耦隔离）两种直接驱动电路：两种直接驱动电路： March 30, 200024门控电路脉冲变压器隔离的驱动电路：脉冲变压器隔离的驱动电路： March 30, 200025门控电路光耦隔离的驱动电路：光耦隔离的驱动电路： March 30, 200026门控电路IGBT 驱动电路驱动电路 对对IGBT驱动电路的基本要求：驱动电路的基本要求：提供一定的正向和反向驱动电压，提供一定的正向和反向驱动电压，提供足够大的瞬时驱动电流，提供足够大的瞬时驱动电流，输入、输出延迟时间小，输入、输出延迟时间小，绝缘性能高，绝缘性能高，过电流保护。过电流保护。 March 30, 200027门控电路IGBT驱动模块：驱动模块：性能可靠、使用方便、应用普遍，性能可靠、使用方便、应用普遍，基本功能类似，性能不断提高。基本功能类似，性能不断提高。 March 30, 200028门控电路%r)uyC:F3J6NaQeUhYl!p*s+wz.D0H4K8ObSfVjZm%q(u=xB;E2I5M9PdTgXk#o&r)vyC:G3J7NaReUiYl!p*s+wA.D1H4L8OcSfVjZm%q(u=xC0G3K7NaReUiYl$p*t+wA.E1H4L8OcSfWjZn%q)u=yC0G3K7NbReViYm$p(t+wA.E1H5L8PcSgWj#n%q)u=yD0G4K7ObRfViYm$p(t+xA;E1I5L9PcSgWj#n%r)uyC:F3J6MaQdUhXl!o*s-wz.D0G4K7ObRfViZm$q(t=xB;E1I5L9PcTgWk#n&r)vyC:G3J7NaReUhYl!p*s+wA.D1H4L8ObSfVjZm%q(u=xC0G3J7NaReUiYl$p*t+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q)u=xC0G3K7NbReViYm$p*t+wA.E1H5L8PcSgWjZn%q)u=yD0G4K7NbReViYm$p(t+xA;E1I5L8PcSgWj#n%r)uyD0G4K7ObRfViZm$q(t+xA;E1I5L9PcTgWk#n&r)uyC:G3J7NaQeUhYl!p*s+wA.D1H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J6NaQeUhYl!p*s+wA.D0H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*s+wA.D1H4L8OcSfWjZm%q(u=xC0G3K7NbReUiYl$p*t+wA.E1H5L8OcSfWjZn%q)u=yD0G3K7NbReViYm$p(t+xA.E1H5L8PcSgWj#n%r)u=yD0G4K7ObRfViZm$p(t+xA;E1I5L9PcTgWj#n%r)uyC:F3J6NaQeUhYl!p*s+wz.D0H4K8ObSfVjZm%q(t=xB;E2I5M9PdTgXk#o&r)vyC:G3J7NaReUiYl!p*s+wA.D1H4L8OcSfVjZm%q(u=xC0G3K7NaReUiYl$p*t+wA.E1H4L8OcSfWjZn%q)u=yC0G3K7NbReViYm$p(t+wA.E1H5L8PcSgWj#n%q)u=yD0G4K7ObReViYm$p(t+xA;E1I5L9PcSgWj#n%r)uyC:F3J6MaQdUhXl!o*s-wz.D0G4K7ObRfViZm$q(t=xA;E1I5L9PcTgWk#n&r)vyC:F3J6NaQeUhYl!p*s-wz.D0H4K8ObSfVjZm)uyC:F3J6MaQdUhXl!o*s-wz.D0G4K7ObRfViZm$q(t=xA;E1I5L9PcTgWk#n&r)uyC:G3J7NaQeUhYl!p*s+wA.D1H4L8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*t+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q)u=xC0G3K7NbReViYl$p*t+wA.E1H5L8PcSfWjZn%q)u=yD0G4K7NbReViYm$p(t+xA;E1H5L8PcSgWj#n%r)uyD0G4K7ObRfViZm$q(t+xA;E1I5L9PcTgWk#n%r)uyC:G3J6NaQeUhYl!p*s+wA.D0H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*s+wA.D1H4L8OcSfWjZm%q(u=xC0G3K7NbReUiYl$p*t+wA.E1H5L8OcSfWjZn%q)u=yD0G3K7NbReViYm$p(t+xF2I6M9QdTgXk#o&r-vzC0G3K7NaReUiYl$p*t+wA.E1H5L8OcSfWjZn%q)u=yC0G3K7NbReViYm$p(t+wA.E1H5L8PcSgWj#n%r)u=yD0G4K7ObRfViYm$p(t+xA;E1I5L9PcSgWj#n%r)uyC:F3J6NaQdUhXl!o*s-wz.D0H4K7ObRfViZm$q(t=xB;E1I5L9PcTgWk#n&r)vyC:G3J7NaReUhYl!p*s+wA.D1H4L8TgWk#n&r)vyC:G3J7NaReUhYl!p*s+wA.D1H4L8ObSfVjZm%q(u=xC0G3J7NaReUiYl$p*t+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q)u=xC0G3K7NbReViYm$p*t+wA.E1H5L8PcSgWjZn%q)u=yD0G4K7ObReViYm$p(t+xA;E1I5L8PcSgWj#n%r)uyD0G4K7ObRfViZm$q(t=xA;E1I5L9PcTgWk#n&r)uyC:G3J7NaQeUhYl!p*s+wA.D1H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*t+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q(u=xC0G3K7NbjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*s+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q(u=xC0G3K7NbReUiYl$p*t+wA.E1H5L8OcSfWjZn%q)u=yD0G3K7NbReViYm$p(t+xA.E1H5L8PcSgWj#n%r)u=yD0G4K7ObRfViZm$p(t+xA;E1I5L9PcTgWj#n%r)uy0G3K7NbReViYm$p(t+xA.E1H5L8PcSgWj#n%r)u=yD0G4K7ObRfViZm$p(t+xA;E1I5L9PcTgWj#n%r)uyC:F3J6NaQeUhYl!p*s+wz.D0H4K8ObSfVjZm%q(t=xB;E2I5M9PdTgXk#o&r)vyC:G3J7NaReUiYl!p*s+wA.D1H4L8OcSfVjZm%q(u=xC0G3K7NaReUiYl$p*t+wA.E1H4L8OcSfWjZn%q)u=yC0G3K7NbReViYm$p(t+wA.E1H5L8PcSgWj#n%q)u=yD0G4K7ObReViYm$p(t+xA;E1I5L9PcSgWj#n%r)uyG3K7NbReViYm$p*t+wA.E1H5L8PcSgWj#n%q)u=yD0G4K7ObReViYm$p(t+xA;E1I5L8PcSgWj#n%r)uyC:F3J6MaQdUhXl!o*s-wz.D0G4K7ObRfViZm$q(t=xA;E1I5L9PcTgWk#n&r)uyC:G3J7NaQeUhYl!p*s+wA.D1H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3ObSfViZm$q(t=xB;E2I5M9PdTgWk#n&r)vyC:G3J7NaQeUhYl!p*s+wA.D1H4K8ObSfVjZm%q(u=xC:G3J7NaReUiYl$p*t+wA.D1H4L8OcSfWjZn%q(u=xC0G3K7NbReViYl$p*t+wA.E1H5L8PcSfWjZn%q)u=yD0G3K7NbReViYm$p(t+xA;E1H5L8PcSgWj#n%r)uyD0G4K7ObRfViZm$p(yD0G3K7NbReViYm$p(t+xA.E1H5L8PcSgWj#n%r)uyD March 30, 200029