電力電子器件與應(yīng)用

4 晶閘管的門極驅(qū)動電路

晶閘管是可控制的器件，其正向開通完全通過提供足夠大的門極控制信號來實現(xiàn)的。

對晶閘管門極觸發(fā)脈沖的要求 常用的觸發(fā)信號波形，門極脈沖驅(qū)動電路應(yīng)滿足以下要求：

觸發(fā)脈沖的形式 觸發(fā)脈沖的形式可以是交流、直流或脈沖形式，它只能在晶閘管陽極加正向電壓時起作用。

觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠大的功率

觸發(fā)脈沖的寬度 一般應(yīng)保證晶閘管陽極電流在觸發(fā)信號消失前能達到擎住電流，使晶閘管維持導(dǎo)通，這一脈寬是最小允許寬度，但不能持續(xù)到器件承受反電壓以后。脈沖寬度和變流裝置及主電路的形式有關(guān)。

觸發(fā)脈沖前沿幅值及其上升率 觸發(fā)脈沖前沿有足夠大幅值和上升率

觸發(fā)脈沖的移相范圍 與主電路的形式、負(fù)載性質(zhì)和變流裝置的用途有關(guān)。

觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓同步 觸發(fā)脈沖與主電路電源保持恒定關(guān)系稱為同步。

觸發(fā)脈沖輸出隔離和抗干擾 采用光電耦合器的光隔離或脈沖變壓器的電磁隔離方法，常用的抗干擾措施為脈沖變壓器采用靜電屏蔽，串聯(lián)二極管和并聯(lián)電容等。

門極驅(qū)動電路的分類 無論那種類型的晶閘管脈沖觸發(fā)電路，其大致結(jié)構(gòu)形式基本是相同的，都包括同步、脈沖移相、脈沖形式與放大環(huán)節(jié)。有強觸發(fā)和隔離等部分

門極驅(qū)動電路舉例

①單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路采用同步振蕩電路，解決與主電源的同步問題

單晶體管觸發(fā)電路

數(shù)字觸發(fā)電路 數(shù)字觸發(fā)器通常是以單片機為核心構(gòu)成 數(shù)字觸發(fā)器由脈沖同步、脈沖移相和形成及輸出等部分組成。

晶閘管的保護

過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護

過電壓的產(chǎn)生原因 外部過電壓包括操作過電壓和雷擊過電壓；內(nèi)部過電壓包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓。

過電壓保護措施 過電壓保護措施一般采用器件限壓和RC阻容吸收等方法。 RC過電壓抑制電路可以接于變壓器兩側(cè)，或電力電子電路的直流側(cè)。

過電流保護 采用快速熔斷器、直流快速熔斷器和過流繼電器實現(xiàn)。 過流保護選擇整定的動作順序是：電子保護電路首先動作，直流快速斷路器整定在電子保護電路動作之后，過流繼電器整定在過載時動作，快速熔斷器作為最后的短路保護。 采用快速熔斷器過流保護是電力電子裝置中最有效、最廣泛的一種措施，而選用快熔時，應(yīng)結(jié)合晶閘管和快熔的特性來結(jié)合考慮。

晶閘管的派生器件

快速晶閘管（FST） 快速晶閘管指那些關(guān)斷時間短，開通響應(yīng)速度快的晶閘管。

逆導(dǎo)晶閘管（RCT） 逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)1個二極管集成在1個管芯上的集成器件。

（a）符號

（3）雙向晶閘管（TRIAC）

（4）光控晶閘管（LTT） 光控晶閘管又稱為光觸發(fā)晶閘管，是采用一定波長的光信號觸發(fā)其導(dǎo)通的器件。

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 門極可關(guān)斷晶閘管是一種具有自關(guān)斷能力和晶閘管特性的晶閘管

（三） 電力場效應(yīng)晶體管

結(jié)構(gòu)

電力場效應(yīng)晶體管種類和結(jié)構(gòu)有許多種，按導(dǎo)電溝道分為P溝道和N溝道，同時又有耗盡型很增強型之分。 電力場效應(yīng)晶體管有3個端子：漏極D、源極S和柵極G。

靜態(tài)特性

輸出特性 是指漏極的伏安特性。

轉(zhuǎn)移特性 表示漏極電流ID與柵源之間電壓Ugs的轉(zhuǎn)移特性關(guān)系曲線，轉(zhuǎn)移特性可表示出器件的放大能力。 跨導(dǎo)定義為：gm=△IDM△Ugs

主要參數(shù)

漏極擊穿電壓Bud

Bud是不使器件擊穿的極限參數(shù)，它大于漏極電壓額定值。Bud隨結(jié)溫的升高而升高，這點正好與GTR和GTO相反。

漏極額定電壓Ud 是器件的標(biāo)稱額定值。

漏極電流Id和Idm Id是漏極直流電流的額定參數(shù)；Idm 是漏極脈沖電流幅值

柵極開啟電壓Ut 又稱閥值電壓，是開通Power MOSFET的柵-源電壓，它為轉(zhuǎn)移特性的特性曲線與橫軸的交點。施加的柵源電壓不能太大，否則將擊穿器件。

跨導(dǎo)gm 是表征PowerMOSFET柵極控制能力的參數(shù)。

通過降低驅(qū)動電路的內(nèi)阻Rs來加快開關(guān)速度

電力場效應(yīng)晶體管是壓控器件，在靜態(tài)時幾乎不輸入電流。但在開關(guān)過程中，需要對輸入電容進行充放電，故仍需要一定的驅(qū)動功率。