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首页常用电力电子器件的驱动
可控型电力电子器件(包括全控和半控)多为三端器件,其中有两个电极接主电路,如晶闸管的阳极和阴极、GTR 的集电极和发射极。工作时可承受很高的电压和通过很大的电流。另一个电极起控制作用,如晶闸管的门极,MOSFET 的栅极,在其上面施加一定的电压或通以适当的电流可以控制器件的通断。较之主电路的电压或电流,这个起控制作用的电压或电流都很小,这种“以弱控强”的作用称之为驱动,与之相关的电路叫做驱动电路。电力电子器件的结构和性能各不相同,对驱动信号的要求也不一样,这使得各种器件的驱动电路存在着很大的差异。
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1.5 电力电子器件的驱动
可控型电力电子器件(包括全控和半控)多为三端器件,其中有两个电极接主电路,如
晶闸管的阳极和阴极、GTR 的集电极和发射极。工作时可承受很高的电压和通过很大的电
流。另一个电极起控制作用,如晶闸管的门极,MOSFET 的栅极,在其上面施加一定的电
压或通以适当的电流可以控制器件的通断。较之主电路的电压或电流,这个起控制作用的电
压或电流都很小,这种“以弱控强”的作用称之为驱动,与之相关的电路叫做驱动电路。电
力电子器件的结构和性能各不相同,对驱动信号的要求也不一样,这 使得各种器件的驱动电
路存在着很大的差异。
1.5.1 晶闸管驱动电路
晶闸管为半控型电力电子器件,只能控制开通不能控制关断,因此在设计驱动电路时只
考虑开通控制。如前所述,晶闸管开通的条件是:(1)阳极与阴极之间加正向电压,阳极为
正,阴极为负(这个电压一般很高);(2)门极与阴极之间加一定数量的正向电压,门极为
正,阴极为负(同时形成一定的门极电流)。另外,晶闸管一旦导通,门极则失去控制能力,
所以晶闸管的驱动信号只需一个电压和电流脉冲即可,但是脉冲的宽度要大于晶闸管的开通
时间。因此常把晶闸管的导通驱动叫做“触发”。
由图 1-2 可看出,晶闸管的门极和阴极之间为一 PN 结,控制信号相当于给这个 PN 结
施加正向电压,那么电压 U
GK
和电流 I
G
之间就应表现出 PN 结正向特性的关系,但是,由
于晶闸管的特殊要求导致设计和工艺上的差异,上述 PN 结和一般作为二极管使用的 PN 结
的特性有很大的不同,主 要表现在后者的正向伏安特性曲线基本上是一条斜率很大的指数曲
线,并且同一型号产品基本都符合同一条曲线;而前者曲线的斜率有时会很小,且即使同一
型号同一批量的产品,个 别 器件之间特性也存在着很大的离散性。因此把某种型号的晶闸管
门极伏安特性曲线中斜率最大的和最小的两条曲线标在 UGK-IG 平面,作为其门极伏安特
性。图 1-20 为晶闸管的门极特性,其中曲线 AB 为斜率最大的门极特性曲线,曲线 FE 为斜
率最小的门极特性曲线,两线之间的扇型区域为可能出现的门极特性曲线的范围。
在对门极施加驱动信号时,为保证晶闸管的安全,驱动信号的幅度受到最大门极电压
U
GM
、最大门极电流 I
GM
和最大门极功耗 P
GM
的限制,在图中分别由直线 BC、直线 DE 和
曲线 CD 标出。为保证晶闸管可靠“触发”导通,门极电压和门极电流要具有一定的强度,
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