中心議題：

• 晶閘管的使用與保護
• IGBT的使用與保護

解決方案：

• 采用兩個或更多晶閘管的串、並聯工作方式
• 三相整流電路中，在電源端增設△形RC濾波器
• 利用溫度傳感器檢測IGBT的外殼溫度實現過熱保護
• 通過檢出的過電流信號切斷柵極信號實現過電流保護

我國20世紀80年(nian)代(dai)以(yi)前(qian)的(de)靜(jing)止(zhi)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)由(you)於(yu)受(shou)到(dao)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)技(ji)術(shu)的(de)影(ying)響(xiang)
，一(yi)直(zhi)處(chu)於(yu)停(ting)滯(zhi)不(bu)前(qian)的(de)狀(zhuang)態(tai)，各(ge)個(ge)行(xing)業(ye)感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)用(yong)中(zhong)頻(pin)電(dian)源(yuan)基(ji)本(ben)上(shang)使(shi)用(yong)中(zhong)頻(pin)變(bian)頻(pin)電(dian)機(ji)供(gong)電(dian)。隨(sui)著(zhe)20世紀90年代初電力電子器件的發展，目前國內中頻電機組正呈被淘汰的格局，靜止變頻設備開始大量使用，特別是在音頻、超音頻領域，表現更為明顯。80年代、90年代
，國內靜止變頻基本上采用晶閘管作為功率開關元件
，工藝水平基本上以8KC為上限。到2000年，國內開始出現采用IGBT作為功率開關器件的變頻技術，工作頻率可達20KC，功率可達300KW。目前國內已出現50KC
、100KW的全固態電源，可以說靜止變頻技術目前國內處於高速發展的階段。

晶閘管的使用與保護

晶閘管是晶體閘流管的簡稱
，它是具有PNPN四層結構的各種開關器件的總稱。按照國際電工委員會（IEC）的定義
，晶閘管指那些具有3個以上的PN結，主電壓——電流特征至少在一個象限內具有導通、阻斷兩個穩定狀態，且可在這兩個穩定狀態之間進行轉換的半導體器件。我們通常說的晶閘管是其中之一

，統稱可控矽（SiliconControlledRectifier），主要有普通晶閘管（KP）
、快速晶閘管（KK）、高頻晶閘管（KG）
、雙向可控矽
、門極可關斷晶閘管（GTO——GateTurnOffThyristor）和光控晶閘管（LTT——LightTriggeredThristor）等。

晶閘管的應用

由於技術上的原因，單個晶閘管的電壓、電流容量是有限的，往往不能滿足大功率的要求，為了解決這個問題
，須采用兩個或更多晶閘管的串、並聯工作方式。由於工藝條件的限製，晶閘管本身的特性參數存在差異，在晶閘管串、並聯工作時，必須采取嚴格的措施
，使電流電壓差異限製在允許的範圍之內
，以保證各個晶閘管可靠工作。

晶閘管的串聯

tongchangshiyongliangzhijingzhaguanchuanliangongzuoyijiejuedanzhijingzhaguannaiyabuzudewenti。zhejiuxuyaojiejuejingzhaguandegongzuodianyapingjunfenpeiwenti
，baokuojingtaijunyayudongtaijunya。jingtaijunyakecaiyongwugandianzuchuanlianfenyadefangshijiejue
；動態均壓比較複雜，這是因為：元件參數dv/dt的差異以及反向恢複時間的差異導致開通與關斷過程中元件承受的電壓分配不均，極端情況可使支路電壓全部加在一隻晶閘管上。

這一問題可采用並聯電容以限製dv/dt，但是
，實際上元件開通過程中電容通過元件放電影響di/dt，通常又在電容上串聯電阻，形成RC阻容吸收均壓電路。為限製支路上的浪湧電流，通常在支路上串聯飽和電感或磁環，這樣就構成了如圖所示的電路結構。

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晶閘管的並聯

由於單個元件耐壓水平的提高
，每個元件並聯工作以增大設備功率的情形更常見
，以兩隻晶閘管並聯工作為例
，如圖二所示。
                                       

理想情況下電流分布，I1=I2=I/2，但是由於元件參數的差異
，比如飽和導通壓降的差異
，di/dt的差異，電路安裝時工藝上的細微差別造成分布電感上差異等
，直接導致I1≠I2
，嚴重時將使電流較大的元件因過流而燒毀，因此必須采取措施保證I1與I2的差別在允許的範圍內。

通常采取的辦法是：1）采用共軛電感，以保證動態均流

；2）並聯RC電路以吸收浪湧電壓；3）盡量選用通態壓降一致的晶閘管並聯工作
；4）嚴格安裝工藝，保證各支路分布電感盡量一致，如圖三所示
                                          
以上所述的保護措施要根據元件工作頻率的不足區別對待，在三相整流電路中

，通常在電源端增設△形RC濾波器。

由於晶閘管自身特性參數的原因
，其極限工作頻率一般限製在8KC以下
，對於更高頻率的使用要求
，目前國內已經出現采用IGBT作為功率開關元件的超音頻電源。

IGBT的使用與保護

絕緣柵雙極晶體管（IGBT或IGT—InsulatedGateBipolarTransistor），是80年代中期發展起來的一種新型複合器件。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優點，因而具有良好的特性。目前IGBT的電流/電壓等級已達1800A/1200V，關斷時間已經縮短到40ns，工作頻率可達40kHz，擎住現象得到改善
，安全工作區（SOA）擴大。這些優越的性能使得IGBT稱為大功率開關電源
、逆變器等電力電子裝置的理想功率器件。IGBT的驅動方式與可控矽有著明顯的不同，導致控製電路有著很大的差異。可控矽采用強上升沿的窄脈衝信號驅動
，而IGBT采用方波驅動。

IGBT對柵極驅動電路的要求

IGBT的靜態和動態特性與柵極驅動條件密切相關。柵極的正偏壓+VGE、負偏壓-VGE和柵極電阻RG的大小，對IGBT的通態電壓、開關時間
、開關損耗，承受短路能力以及dvce/dt等參數都有不同程度的影響。

柵極驅動電路提供給IGBT的正偏壓+VGE使IGBT導通。在實際應用中，綜合該電壓對開通時間、開通損耗以及器件在短路時承受短路電流時間等方麵的因素
，通常使用+15V。柵極驅動電路提供給IGBT的負偏壓-VGE使其關斷。它直接影響IGBT的可靠運行，為了防止IGBT產生動態擎住現象，柵極負偏壓應為-5V或更低一些的電壓，負偏壓的大小對關斷時間損耗的影響不大。

此外，柵極驅動電壓必須有足夠快的上升和下降速度，使IGBT盡快開通和關斷，以減少開通和關斷損耗。在器件導通後
，驅動電壓和電流應保持足夠的幅度，保證IGBT處於飽和狀態。由於IGBT多用於高電壓、大電流場合
，信號控製電路與驅動電路之間應采用抗幹擾能力強
、信號傳輸時間短的高速光電隔離器件加以隔離。為了提高抗幹擾能力，應采用驅動電路到IGBT模塊的引線盡可能短、引線為雙膠線或屏蔽線等措施。

IGBT的保護措施

由於IGBT具有極高的輸入阻抗，容易造成靜電擊穿，將IGBT用於電力變換時，為了防止異常現象造成器件損壞
，通常采用下列保護措施：
1）通過檢出的過電流信號切斷柵極信號
，實現過電流保護
；
2）利用緩衝電路抑製過電壓，並限製過高的dv/dt;
3）利用溫度傳感器檢測IGBT的外殼溫度，當超過允許溫度時主電路跳閘
，實現過熱保護。由於IGBT具有正溫度係數和良好的並聯工作特性，IGBT多采用多隻元件並聯工作，主電路除對稱性外，無其他特殊要求。

從目前的使用情況看，采用IGBT作為開關元件的靜止變頻電源的故障率明顯較低
，元器件損壞的較少，維修費用也較低，是靜止變頻技術新的發展方向。