常用电力电子器件的驱动

### 常用电力电子器件的驱动技术解析 #### 一、引言 电力电子技术在现代工业领域扮演着至关重要的角色，它涉及到能量转换、传输以及分配等多个方面。其中，可控型电力电子器件（包括全控型和半控型）因其独特的性能而在电力系统中得到了广泛应用。这些器件通常是三端设备，两个电极接入主电路，承受高电压和大电流，而第三个电极则用于控制器件的开关状态。这种通过较小的控制信号来控制较大功率的特性被称为“以弱控强”，是驱动技术的核心。 #### 二、电力电子器件的驱动原理 **1. 可控型电力电子器件的特点** - **主电路电极**：例如晶闸管的阳极和阴极、GTR（Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管）的集电极和发射极等。 - **控制电极**：例如晶闸管的门极、MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）的栅极等。 **2. 驱动的基本概念** - **定义**：“以弱控强”的过程称为驱动，实现这一功能的电路称为驱动电路。 - **作用**：通过在控制电极上施加特定的电压或电流信号来控制器件的开通与关断。 #### 三、不同类型的电力电子器件及其驱动要求 电力电子器件根据其结构和性能的不同，对驱动信号的要求也有很大差异。这导致了不同类型器件的驱动电路设计存在显著区别。 **1. 晶闸管驱动电路** - **特性**：晶闸管是一种典型的半控型器件，能够通过门极控制其开启，但不能控制其关断。 - **开通条件** - 阳极与阴极之间需加正向电压。 - 门极与阴极之间需加一定数量的正向电压，并形成一定的门极电流。 - **门极特性**：晶闸管的门极特性曲线斜率较小，且同一批次的产品之间特性可能存在较大的离散性。 - **驱动信号要求** - 电压和电流脉冲的宽度需大于晶闸管的开通时间。 - 脉冲的前沿需陡峭，初期具有较高的幅度以加快开通速度，之后逐渐降低以减少功耗。 **2. 其他类型器件的驱动要求** - **MOSFET**：需要在栅极施加足够高的电压才能使其导通，而关断则只需要将栅极电压降至零或负值。 - **IGBT**（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）：与MOSFET类似，但在驱动过程中需要注意避免过大的栅极电压，以防止栅极击穿。 #### 四、晶闸管驱动电路的设计与实现 **1. 触发信号的设计** - **目标**：确保晶闸管可靠导通的同时，也要考虑驱动电路的安全性和效率。 - **具体实现**：通过设计合适的触发信号波形来实现。图1-21展示了一种满足上述要求的脉冲波形和产生此波形的脉冲变压器隔离功放电路。 **2. 实现方法** - **脉冲变压器隔离**：用于实现主电路与驱动电路之间的电气隔离，以保护驱动电路不受高电压的影响。 - **强触发电路**：通过预充电的电容提供高电压脉冲，使晶闸管快速导通。随着电容的放电，驱动电流逐渐减小至较低水平，以减少功耗。 #### 五、总结 通过对可控型电力电子器件驱动原理的深入探讨，我们可以了解到不同类型的电力电子器件有着各自不同的驱动需求。正确设计和选择驱动电路对于提高电力电子系统的稳定性和效率至关重要。特别是对于晶闸管这类半控型器件来说，合理设计触发信号的波形和强度是实现其高效可靠工作的关键所在。未来的研究和发展将继续围绕如何进一步优化驱动电路设计展开，以适应不断变化的技术需求。