电力电子技术(西电第二版)第4章直流电压变换电路

《电力电子技术(西电第二版)第4章直流电压变换电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章直流电压变换电路4.1全控型电力电子器件4.2普通晶闸管构成的直流电压变换电路4.3单象限直流电压变换电路4.4二象限直流电压变换电路4.1全控型电力电子器件4.1.1门极可关断晶闸管1.GTO的基本情况GTO具有普通晶闸管的全部特性，如耐压高(工作电压可高达6000V)，电流大(电流可达6000A)，造价便宜等。当在GTO的门极加正脉冲信号(阳极高电位，门极低电位)时，触发导通；加门极负脉冲信号(阳极低电位，门极高电位)时，GTO触发关断。在它的内部有电子和空穴两种载流子参与导电，所以它属于全控型双极型器件

2、。GTO的实物图和图形符号如图4-1所示，它有阳极A、阴极K和门极G三个电极。图4-1GTO的实物图和图形符号(a)实物图；(b)图形符号2.GTO的缓冲电路在GTO的实际应用中，在它的阴极和阳极间一般都要连接缓冲电路，其主要目的是：(1)可以减轻GTO在开关过程中的功耗。(2)抑制静态电压上升率。图4-2GTR阻容缓冲电路3.GTO门极驱动电路用门极正脉冲可使GTO开通，门极负脉冲可以使其关断，这是GTO最大的优点。但使GTO关断的门极反向电流比较大，约为阳极电流的1/5。尽管采用高幅值的窄脉冲可以减少关断G

3、TO所需的能量，但还是要采用专用的触发驱动电路。图4-3门极驱动电路(a)小容量GTO驱动电路；(b)桥式驱动电路；(c)大容量GTO驱动电路4.1.2大功率晶体管大功率晶体管，又可称为电力晶体管(GiantTransistor，GTR)，通常指耗散功率(或输出功率)1W以上的晶体管。它的电气符号与普通晶体管相同。图4-4所示为某厂家生产的1300系列的GTR的外观。图4-4GTR的外观GTR的应用已发展到晶闸管领域，与一般晶闸管比较，GTR有以下应用特点：(1)具有自关断能力。GTR因为有自关断能力，所以在逆

4、变回路中不需要复杂的换流设备，与使用晶闸管相比，不但使其主回路简化，重量减轻，尺寸缩小，更重要的是不会出现换流失败的现象，提高了工作的可靠性。(2)能在较高频率下工作。GTR的工作频率比晶闸管高一至二个数量级，不但可获得晶闸管系统无法获得的优越性能，而且因频率提高还可降低各磁性元件和电容器件的规格参数及体积和重量。1.GTR的基极驱动电路1)简单的双电源驱动电路　　简单的双电源驱动电路如图4-5所示，驱动电路与GTR(V6)直接耦合，控制电路用光耦合实现电隔离，正、负电源(＋UC2和－UC3)供电。当输入端S为低

5、电位时，V1～V3导通，V4、V5截止，B点电压为负，给GTR基极提供反向基极电流，此时GTR(V6)关断。当S端为高电位时，V1～V3截止，V4、V5导通，V6流过正向基极电流，此时GTR开通。图4-5简单的双电源驱动电路2)集成基极驱动电路THOMSON公司生产的UAA4002大规模集成基极驱动电路，可对GTR实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。它采用标准的双列DIP16封装，对GTR基极正向驱动能力为0.5A，反向驱动能力为－3A，也可以通过外接晶体管扩大驱动能力，不需要隔离环节。UAA4002可对被驱动

6、的GTR实现过流保护、退饱和保护，最小导通的时间限制(ton(min)＝1μs～12μs)，最大导通的时间限制，正、反向驱动电源电压监控以及自身过热保护。图4-6UAA4002内部功能框图图4-7所示是UAA4002作驱动的开关电路实例，其容量为8A/400V，采用电平控制方式，最小导通时间为2.8μs。由于UAA4002的驱动容易扩展，可通过外接晶体管驱动各种型号和容量的GTR，也可以驱动功率MOSFET管。图4-7由UAA4002驱动的开关电路2.GTR的保护电路1)GTR的过电压保护及di/dt、du/dt

7、的限制　　在电感性负载的开关装置中，GTR在开通和关断过程中的某一时刻，可能会出现集电极电压和电流同时达到最大值的情况，这时GTR的瞬时开关损耗最大，若其工作点超出器件的安全工作区，则极易产生二次击穿而使GTR损坏。缓冲使GTR避免了同时承受高电压、高电流。另一方面，缓冲电路也可以使GTR的集电极电压变化率(du/dt)和集电极电流变化率(di/dt)得到有效抑制，防止高压击穿损坏GTR。图4-8缓冲电路2)GTR的过电流保护　　缓冲电路很好地解决了GTR的di/dt、du/dt的限制及过电压保护等问题。下面讨

8、论过电流保护问题。图4-9识别保护电路图4-10GTR桥臂互锁保护示意图图4-11UBE识别电路4.1.3绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)既具有输入阻抗高、速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此发展迅速，备受青睐。由于它的等效结构具