变频器的控制端子电路分析与维修

诚信家维 · 发表于 2010-11-19 12:38

可关断晶闸管门极驱动电路原理及电路图介绍
什么叫可关断晶闸管门极驱动电路
gate turn off thyristor gate drive circuit

　　使可关断晶闸管根据信号的要求导通或关断的门极控制电路。用于控制电力电子电路中的可关断晶闸管的通断。对可关断晶闸管门极驱动电路的一般要求是：当信号要求可关断晶闸管导通时，驱动电路提供上升率足够大的正门极脉冲电流，其幅度视晶闸管容量不同在0.1到几安培的范围内变化，其宽度应保证可关断晶闸管可靠导通；当信号要求可关断晶闸管关断时，驱动电路提供上升率足够大的负门极脉冲电流，脉冲幅度要求大于可关断晶闸管阳极电流的五分之一，脉冲宽度应大于可关断晶闸管的关断时间和尾部时间。
　　可关断晶闸管门极驱动电路结构与工作原理　
可关断晶闸管门极驱动电路(图1）包括门极开通电路和门极关断电路。某些场合还包括虚线所示的门极反偏电路，以增加抗干扰能力。门极开通电路为可关断晶闸管提供开通时的正门极脉冲电流。图2a是一种门极开通电路，当导通信号电压是高电平时，晶体管G1导通，其发射极电流即作为触发电流流入可关断晶闸管门极。门极关断电路为可关断晶闸管提供关断时的负门极脉冲电流。图2b是一种门极关断电路，当关断信号来时，晶闸管G2导通。负电压E2通过G2加到可关断晶闸管的门极，抽取门极电流。当可关断晶闸管T关断后，门极恢复阻断，门极电流降为零，G2也恢复阻断。图2c是完整的双电源门极驱动电路。
　　可关断晶闸管门极驱动电路分类　
根据对驱动可关断晶闸管的特性或容量、应用的场合、电路电压、工作频率、要求的可靠性和价格等方面的不同要求，有各式各样的门极驱动电路。
　　图3是单电源可关断晶闸管门极驱动电路。输入导通信号时，G1导通，产生正门极脉冲电流，使可关断晶闸管导通。这时电容器C充上了左正右负的电压。输入关断信号时，G1关断，G2导通，电容电压通过G2抽取可关断晶闸管的门极电流，使可关断晶闸管关断。这种电路的特点是电路简单，仅需一组驱动电路的电源。但导通信号的时间不能太短，否则电容上储存的能量太小，不足以关断可关断晶闸管。
　　图4是脉冲减窄的门极开通电路，用以减少门极损耗。可关断晶闸管导通后，能自行维持导通，门极正脉冲电流失去作用、在保证晶闸管可靠导通的前提下，尽可能减小正触发脉冲的宽度。当导通信号电压是高电平时，晶体管G1导通。G1的发射极电流通过电阻R，稳压管W提供G2的基极电流。G2进入放大状态，它的发射极电流即是可关断晶闸管T的正门极脉冲电流。当T导通后，二极管D的阴极电位低于阳极电位，D导通，将G1所有的发射极电流引入T的阳极，G2截止，T 的门极电流降为零。这种电路既实现了正触发脉冲的减窄，又无碍于变流器的正常工作。
　　为了用同一个控制电路控制不同电位的可关断晶闸管或为了保证控制电路的安全，需将控制电路和可关断晶闸管门极之间用光耦合器件或脉冲变压器进行电位隔离。光耦合器是小功率器件，它的输出信号经放大后才能驱动可关断晶闸管。光耦合器隔离的门极驱动电路常用于中小功率的可关断晶闸管驱动；在大功率的可关断晶闸管应用中，门极关断电流往往很大，达几百安。如不用变压器进行阻抗变换，相对于门极阻抗而言，门极电路的电压很低，很难确保关断脉冲电流的上升率，所以在大功率可关断晶闸管的门极关断电路中，常用脉冲变压器进行电位隔离。
　　图5是一种用脉冲变压器隔离的门极驱动电路。输入导通信号时，用互补的高频信号驱动晶体管G1和G2，在变压器TM1中产生一个交流高频方波电压，经二极管D1、D2整流后，为可关断晶闸管提供一个正的门极驱动电流。输入关断信号时，晶体管G3导通，变压器TM2副边感生出下正上负的电压，这个电压通过R1和R2分压加到晶闸管G4的门极，G4导通，负电压通过G4加到可关断晶闸管的门极，抽取负门极电流，使可关断晶闸管关断。