一种可关断晶闸管_GTO_直接门极驱动电路的研究(2)

一种可关断晶闸管_GTO_直接门极驱动电路的研究

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化工自动化及仪表 第35卷

图2显示了基本电路,R1、R2、R3、R4、R5、R6、C1、C2、Q1、Q2用于GTO开通,而R7、R8、R9、R10、C3、Q3、Q4用于GTO

关断。

只有几个欧姆。开通部分选用了国际半导体整流公司的功率MOSFETIRF540,它的漏源通态电阻只有0.04 ,漏极电流是23A。而关断部分选用了国际半导体整流公司的IGBTIRG4PC60F,它的集电极-发射极的通态压降1.5V,集电极电流是60A。反偏部分选用了国际半导体整流公司的功率MOSFETRF9540,它的漏源通态电阻只有0.117 ,漏极电流是-23A。

(2)工作原理。

在GTO关断状态下Q3导通,Q3给门极提供15V反向压。在输入触发信号前沿Q3关断,而Q1导通。在固定时间的强触发结束后Q2导通Q1关断,维持剩余的GTO开通部分。脉冲宽度由触发信号控制。

当触发开通信号结束,关断过程开始。Q2关断而Q3、Q4导通。关断部分开始抽取GTO门极电荷。Q3的导通是为了获得足够的持续时间从GTO门极抽取存储电荷。此时门极电压开始变负并持续为负。正如前面曾经提到的,在门极电压变负以后,GTO的正向电压阻断能力的恢复时间是数个微秒,因此Q3要维持负的门极偏压直到下一个触发信号的到来。3.2 逻辑电路

逻辑电路使用的是CMOS集成电路,这样可以提高在MOSFET、IGBT和GTO开关过程中的抗噪声能力。逻辑电路由故障监控电路及输入触发信号的逻辑电路两大部分构成。这部分除了要对GTO门极驱动单元出现的各种故障作出及时响应,还要对输入的触发信号进行整形、逻辑判断及输出符合GTO门极驱动主回路主功率管要求的脉冲触发信号。

(1)故障监控电路。

此电路包括了+15V、-15V、+5V三路电源的监控电路,如图3所示。此处使用了简单的单运放结构实现了对GTO门极供电电源的检测。如果其中任意一路电源低于要求的供电电源,则切断各主功率管的触发信号。

(2)输入触发信号的整形、判断。

触发信号可以直接输入控制器或是由光纤传输给控制器。如果使用光纤,可以提高高低压控制间的绝缘能力。此处使用了光电耦合对输入信号进行隔离。

由于外部输入触发信号所要求的GTO的开通时间及关断时间有可能会小于GTO的最小开通或,图2 直接门极驱动电路原理框图

在GTO的开通阶段,对给定的供电电压来说R1、C1、R4、C2、MOSFET的通态电阻、GTO的门极电阻、杂散电感(考虑门极电流脉冲的速度,这种情况下电感值不能忽略)决定了GTO门极电流脉冲的幅值与持续时间。导通前沿之后的输出电流值主要由R1、R4决定。MOSFET的通态电阻与GTO的门极电阻同R1、R4之和相比非常小,因此在起始脉冲之后对电流值有很小的影响。在脉冲持续阶段MOS FETQ1关断后,Q2继续导通为GTO提供一个稳定的电流常数。

GTO器件关断的起始部分同开通的起始部分非常相似。一个短暂的大电流负脉冲由C3、Q3、Q4组成的关断部分电路产生,这个电流迅速抽取GTO门极的存储电荷。这个电流的幅值比导通时的电流幅值大得多并且依赖门极当时需要关断的电流值。而为了维持器件低的通态电阻,必须有一定量的电流流过门极,所以在门极存储电荷被初始电流脉冲抽取以后,还要维持几伏的反向电压。在初始脉冲结束后关断过程仍在继续。虽然在负电流脉冲后元件立即恢复它的反向阻断能力,但是正向阻断能力却恢复的很慢。在初始的反向电流之后反向恢复时间持续数微秒。

门极电流上升时间和幅度是由电路中的漏感所决定的。为了获得快速的门极电流脉冲就要尽量减小电路的漏感。为了减小漏感在印刷线路板中要使用低感元件,缩短元件间的连线,加宽印刷线路板的线宽,门极驱动部分同GTO之间的连线尽量缩短。

为了不影响电流的上升幅值,MOSFET需要低,R