电力电子器件驱动电路是连接主电路与控制电路的关键部分,其主要作用是确保器件能够按照控制信号正确地进行开关操作。驱动电路不仅需要提供适当的驱动信号,还要具备故障保护和电气隔离的功能。电气隔离通常采用光耦合器或脉冲变压器来实现,其中光耦合器适用于较低频率,而脉冲变压器则适用于高频应用。
驱动电路根据驱动信号的性质,可以分为电流驱动型和电压驱动型。电流驱动型器件如GTR(功率晶体管),需要通过控制基极电流来使其导通和关断。在导通时,基极电流应使器件处于准饱和状态,避免进入放大区或深饱和区;而在关断时,负基极电流有助于降低关断时间和损耗。例如,图9-7展示了一种GTR的基极驱动电路,利用光耦合器、二极管、晶体管等元件实现驱动和快速关断。
电压驱动型器件如电力MOSFET和IGBT,则是通过控制栅极电压来开关。由于它们的栅射极之间有较大的电容,驱动电路需要快速建立电压,所以输出电阻要尽可能小。MOSFET的栅极驱动电压通常设定在10-15V,而IGBT的驱动电压一般在15-20V。在关断过程中,施加负驱动电压可以减少关断时间和损耗,同时,栅极串联低值电阻有助于抑制振荡。
晶闸管的驱动电路,又称为触发电路,主要任务是生成合适的触发脉冲,确保晶闸管在适当时间导通。触发脉冲的宽度、幅度、前沿陡峭程度以及抗干扰能力都至关重要。例如,对感性负载或反电势负载,可能需要宽脉冲或脉冲列触发。触发脉冲的电流幅度应足够大,尤其在寒冷环境中,以保证器件可靠工作。此外,触发电路还需要有良好的电气隔离,以防止主电路的干扰影响控制电路。
总的来说,电力电子器件的驱动电路设计涉及到器件特性的理解、信号转换、隔离技术以及保护机制等多个方面,是保证电力电子设备高效、稳定运行的关键环节。随着技术的发展,专用的集成驱动电路逐渐成为主流,它们能更好地匹配器件参数,简化系统设计,并提高整体性能。