电力电子技术基础 教学课件 作者邢岩 第5章 开关管的驱动缓冲和保护电路.ppt

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1、第5章开关管的驱动、缓冲和保护电路主要内容：5.1概述5.2驱动电路5.3缓冲电路5.4保护电路5.1概述（1）驱动电路驱动电路是连接控制电路和功率开关器件的桥梁，它将控制信号放大到驱动功率开关所要求的水平；有时候还要求驱动电路的输入输出端是电气隔离的。功率晶体管的开关特性与驱动电路的性能密切相关。同样的功率开关，采用不同的驱动电路将得到不同的开关特性。设计优良的驱动电路能改善功率晶体管的开关特性，减小开关损耗，提高整机的效率及功率开关器件的可靠性，从而提高变换器的性能。（2）缓冲电路功率开关器件的可靠性主要取决于在工作中所承受的电的和热

2、的应力。开关器件开通和关断的瞬间过程中，承受很大的du/dt或di/dt，在电路寄生电感和寄生电容的作用下，将使开关器件承受很高的电流(Cdu/dt)或电压（Ldi/dt）应力；器件在开通和关断的过程中电流和电压波形交叠，产生很大的瞬时功耗（开关损耗）。缓冲电路(或称吸收电路)作用：减小du/dt或di/dt，降低开关器件上的电压或电流峰值以及开关损耗，将其开关瞬间过程限制在器件的安全工作区内。（3）保护电路功率器件和电路在工作过程中，由于电路内部或外部的原因，可能发生过流、过压、过热等故障。检测出故障状态，关断护开关管，则可以避免开关管

3、和电路的损坏、保证工作安全。5.2驱动电路5.2.1晶闸管的触发电路5.2.2双极性晶体管的驱动5.2.3MOSFET和IGBT的驱动5.2.4驱动电路中的隔离技术晶闸管是电流型触发器件，对于门极触发信号的要求：1）电平或脉冲信号2）有一定的宽度，即要维持到阳极电流大于掣住电流以后才能撤销，以保证触发可靠。3）有足够的电流和电压，但也不能过功率，即必须工作在晶闸管门极伏安特性的可靠触发区和安全工作区内。需要加快开通时，驱动电流应具有陡峭的上升沿并有一定过冲。4）与主电路电源电压必须同步5）移相范围须满足变流装置的要求，达到要求的调压范围。

4、5.2.1晶闸管的触发电路图5-1反相放大触发电路(a)电平触发(b)脉冲触发驱动电流Ig≈UD/Rgigig图5-2强触发电路及触发电流波形(a)强触发电路(b)工作波形igig1.对驱动电路的要求电流性控制器件1）晶体管开通时，驱动电路提供的基极电流应具有陡峭的上升沿，并有一定的过冲，以加速开通的过程2）导通期间，驱动电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保证功率管处于饱和导通状态，使功率管的饱和压降较低，以保证较低的导通损耗。但是，为减小存储时间，希望在功率管将要关断前处于临界饱和状态。3）关断瞬间，驱动电路应提供足够的反向基极驱动

5、，以迅速抽出基区的剩余载流子，减小存储时间5.2.2双极性晶体管（BJT）的驱动图5-3BJT的最佳驱动电流波形2.恒流驱动电路图5-4反相放大驱动电路Q的驱动电流Ib≈UD/R1（1）单管驱动图5-5带加速电容的驱动电路（2）加速电容C11）Q1变为截止的瞬间，C1电压不能突变、电阻R2被短路，最大驱动电流Ibm=UD/R12）ib随C1充电而减小。Q稳定导通期间ib=UD/(R1＋R2)此时C1端电压uc＝UDR2/(R1＋R2)3）Q1再次导通时，C1反向放电、uc反向加在Q的b-e结，为反向抽流提供反偏电压，加速Q关断。图5-6推

6、挽驱动电路（3）推挽驱动ui为高电平时，Q1导通、Q2截止，UD通过Q1和R1为功率管Q提供基极驱动电流、令Q导通；ui为低电平时，Q2导通而Q1截止，-UD为功率管Q基极电流反向抽流提供反偏电压，使其迅速关断。关断速度满足要求时可以不用负电源，即-UD为零图5-7抗饱和电路（4）抗饱和电路VD1、VD2是抗饱和二极管，VD3为反向基极电流提供通路UceUC因此VD2导通，且UD2+Uce=UD1+UVbe从而Uce＝Ube设UD1=UD1=UD3当饱和较深时所以，Q集电结零偏（Ucb＝0）、临界饱和，多余的驱动电流通过V

7、D2和Q的c-e流通MOSFET和IGBT属于场控器件，即电压型控制器件，它们的开通和关断过程驱动实际上是其等效输入电容的充放电过程5.2.3MOSFET和IGBT的驱动（1）基本驱动电路PWMIC有较强的驱动能力R1为限流电阻R2使为了防止静电荷积累造成g-s过压击穿；稳压管用于防止g-s正向和反向驱动电压过高图5-8PWMIC直接驱动R2（2）推挽驱动在所需驱动电流较大时，通常在PWMIC芯片的输出端扩展一级推挽驱动图5-3推挽驱动也适用于场控器件（3）专用驱动芯片采用专用的MOSFET或IGBT驱动芯片可以简化设计、改善驱动性能图5

8、-9典型的光耦器件(a)内部等效电路(b)典型应用电路5.2.4驱动电路中的隔离技术（1）光耦隔离（同相驱动）图5-10一种变压器隔离驱动电路（2）驱动变压器隔离正向驱动u2=(N2/N1)(