图2.4 GTO的结构、等效电路和图形符号

GTO的导通机理与SCR是完全一样的。 GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。 GTO在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽出饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

第三章 电路原理图设计

3.1 主电路原理图设计

单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路如图（1）：

T VT1i2aVT3idu1u2udRbVT2VT4

图3.1单项桥式全控整流电路带电阻性负载电路

在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3 组成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1、VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2为零时，流经晶闸管

6

u i d d 0 a u ( i ) d d b) p a w t 的电流也降到零，VT1和VT4关断。 u 1,4 在VT u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3（VT2和VT3的α=0处为ωt=π），VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4t 导通，如此d) 循环的工作下去，整流电压ud和晶闸管VT1、VT4两端的电压波形如下图（2）所

i 2 0 0 w c) 示。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为

w t 2U2和2U2。 2图3.2单项桥式全控整流电路带电阻负载时的波形

3.1.2 工作原理

第1阶段（0~ωt1）：这阶段u2在正半周期，a点电位高于b点电位晶闸管VT1和VT2方向串联后于u2连接，VT1承受正向电压为u2/2，VT2承受u2/2的反向电压；同样VT3和VT4反向串联后与u2连接，VT3承受u2/2的正向电压，VT4承受u2/2的反向电压。虽然VT1和VT3受正向电压，但是尚未触发导通，负载没有电流通过，所以Ud=0，id=0。

第2阶段（ωt1 ~π）：在ωt1 时同时触发VT1和VT3，由于VT1和VT3受正向电压而导通，有电流经a点→VT1→R→VT3→变压器b点形成回路。在这段区间里，ud=u2，id=iVT1=iVT3=ud/R。由于VT1和VT3导通，忽略管压降，uVT1=uVT2=0，而承受的

7

电压为uVT2=uVT4=u2。

第3阶段（π~ωt2 ）：从ωt=π开始u2进入了负半周期，b点电位高于a点电位，VT1和VT3由于受反向电压而关断，这时VT1~VT4都不导通，各晶闸管承受u2/2的电压，但VT1和VT3承受的事反向电压，VT2和VT4承受的是正向电压，负载没有电流通过，ud=0，id=i2=0。

第4阶段（ωt2 ~π）：在ωt2 时，u2电压为负，VT2和VT4受正向电压，触发VT2和VT4导通，有电流经过b点→VT2→R→VT4→a点，在这段区间里，ud=u2，id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4导通，VT2和VT4承受u2的负半周期电压，至此一个周期工作完毕，下一个周期，充复上述过程，单项桥式整流电路两次脉冲间隔为180°。 1.3 参数计算 整流电压平均值：U21?cos?d?1????2U2sin?td(?t)?2?U22?0.9U1?cos?22 α 角的移相范围为00-1800。 向负载输出的平均电流值为：IUdUd?R?0.921?cos?R2 （2-2）

流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半（因为一个周期内每个晶闸管只有半个周期导通），即 I12IU1?cos?dVT?d?0.452R2 （2-3）

3.2保护电路原理图设计

3.2.1过电流电路设计

电力电子电路运行不正常或发生故障时，可能会发生过电流。过电流分过载

和短路两种情况。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器(或继电器)、熔断器常用作短路保护元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。过电流保护电路如图（3）所示。

8

2-1）（ 图3.3 过电流保护电路

M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过流，一旦过流，M57962L

将对IGBT实施软关断，并输出过流故障信号。

3.2.2三菱驱动模块M57962L简介

在我们的过流保护装置中，使用了日本三菱公司的驱动模块M57962L。M57962L是N沟道大功率IGBT模块的驱动电路，能驱动600V/400A和1200V/400A的IGBT，M57962L的原理方框图如图1所示，它有以下几个特点：

（1）采用光耦实现电气隔离，光耦是快速型的，适合20kHz左右的高频开关运行，光耦的原边已串联限流电阻（约185Ω），可将5V的电压直接加到输入侧；

图3.4 M579621L的原理框图

（2）如果采用双电源驱动技术，使输出负栅压比较高。电源电压的极限值为＋18V/－15V，一般取＋15V/－10V；

（3）信号传输延迟时间短，低电平－高电平的传输延迟时间以及高电平－低电平的传输延迟时间都在1.5μs以下；

3.2过电压保护电路设计

9

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击过电压和系统中的操作过程中等外因部分。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，比如换相过电压，关断过电压。过电压保护电路如图（5）所示。

图3.5 RC过电压保护电路

利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。

3.3 触发电路设计

电力电子器件驱动电路概述

驱动电路——主电路与控制电路之间的接口

使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义 对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现

驱动电路的基本任务：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号

对半控型器件只需提供开通控制信号

对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般

10