电力电子器件与应用

4 晶闸管的门极驱动电路

晶闸管是可控制的器件，其正向开通完全通过提供足够大的门极控制信号来实现的。

对晶闸管门极触发脉冲的要求 常用的触发信号波形，门极脉冲驱动电路应满足以下要求：

触发脉冲的形式 触发脉冲的形式可以是交流、直流或脉冲形式，它只能在晶闸管阳极加正向电压时起作用。

触发脉冲应有足够大的功率

触发脉冲的宽度 一般应保证晶闸管阳极电流在触发信号消失前能达到擎住电流，使晶闸管维持导通，这一脉宽是最小允许宽度，但不能持续到器件承受反电压以后。脉冲宽度和变流装置及主电路的形式有关。

触发脉冲前沿幅值及其上升率 触发脉冲前沿有足够大幅值和上升率

触发脉冲的移相范围 与主电路的形式、负载性质和变流装置的用途有关。

触发脉冲与主电路电源电压同步 触发脉冲与主电路电源保持恒定关系称为同步。

触发脉冲输出隔离和抗干扰 采用光电耦合器的光隔离或脉冲变压器的电磁隔离方法，常用的抗干扰措施为脉冲变压器采用静电屏蔽，串联二极管和并联电容等。

门极驱动电路的分类 无论那种类型的晶闸管脉冲触发电路，其大致结构形式基本是相同的，都包括同步、脉冲移相、脉冲形式与放大环节。有强触发和隔离等部分

门极驱动电路举例

①单结晶体管触发电路 单结晶体管触发电路采用同步振荡电路，解决与主电源的同步问题

单晶体管触发电路

数字触发电路 数字触发器通常是以单片机为核心构成 数字触发器由脉冲同步、脉冲移相和形成及输出等部分组成。

晶闸管的保护

过电压的产生及过电压保护

过电压的产生原因 外部过电压包括操作过电压和雷击过电压；内部过电压包括换相过电压和关断过电压。

过电压保护措施 过电压保护措施一般采用器件限压和RC阻容吸收等方法。 RC过电压抑制电路可以接于变压器两侧，或电力电子电路的直流侧。

过电流保护 采用快速熔断器、直流快速熔断器和过流继电器实现。 过流保护选择整定的动作顺序是：电子保护电路首先动作，直流快速断路器整定在电子保护电路动作之后，过流继电器整定在过载时动作，快速熔断器作为最后的短路保护。 采用快速熔断器过流保护是电力电子装置中最有效、最广泛的一种措施，而选用快熔时，应结合晶闸管和快熔的特性来结合考虑。

晶闸管的派生器件

快速晶闸管（FST） 快速晶闸管指那些关断时间短，开通响应速度快的晶闸管。

逆导晶闸管（RCT） 逆导晶闸管是将晶闸管反并联1个二极管集成在1个管芯上的集成器件。

（a）符号

（3）双向晶闸管（TRIAC）

（4）光控晶闸管（LTT） 光控晶闸管又称为光触发晶闸管，是采用一定波长的光信号触发其导通的器件。

门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管是一种具有自关断能力和晶闸管特性的晶闸管

（三） 电力场效应晶体管

结构

电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型很增强型之分。 电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。

静态特性

输出特性 是指漏极的伏安特性。

转移特性 表示漏极电流ID与栅源之间电压Ugs的转移特性关系曲线，转移特性可表示出器件的放大能力。 跨导定义为：gm=△IDM△Ugs

主要参数

漏极击穿电压Bud

Bud是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值。Bud随结温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。

漏极额定电压Ud 是器件的标称额定值。

漏极电流Id和Idm Id是漏极直流电流的额定参数；Idm 是漏极脉冲电流幅值

栅极开启电压Ut 又称阀值电压，是开通Power MOSFET的栅-源电压，它为转移特性的特性曲线与横轴的交点。施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。

跨导gm 是表征PowerMOSFET栅极控制能力的参数。

通过降低驱动电路的内阻Rs来加快开关速度

电力场效应晶体管是压控器件，在静态时几乎不输入电流。但在开关过程中，需要对输入电容进行充放电，故仍需要一定的驱动功率。