第1章電力電子器件x

1、第一章電力電子器件1.1 電力電子器件概述1.3 半控型器件晶閘管1.4 典型全控型器件1.5 其他新型電力電子器件1.6 全控型電力電子器件的驅(qū)動電路1.7 電力電子器件的保護(hù)1.8 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電子技術(shù)概述：電子技術(shù)：信息電子技術(shù)研究電子器件及信號的產(chǎn)生、變換、存儲、處理、發(fā)送、接收。 電力電子技術(shù)：使用電力電子器件對電能，包括電能的電壓、電流、頻率、相位、波形進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子器件：各類高電壓、大電流的半導(dǎo)體開關(guān)器件。引言引言電力電子技術(shù)的應(yīng)用：整流技術(shù)：AC-DC ，把交流電壓變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的直流電壓。逆變技術(shù)：DC-AC ，把固定的直流電壓變?yōu)楣潭ɑ蚩烧{(diào)

2、的交流電壓。斬波技術(shù)：DC-DC ，把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)的直流電壓。交流電力、變頻技術(shù)：AC-AC ，把固定的工頻交流電壓變?yōu)殡妷?、頻率可調(diào)的交流電。1.1.1 電力電子器件的概念和特征1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 9是大功率器件，電壓與電流的乘積是其最主要的參數(shù)。9電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，因此開關(guān)工作頻率也是一個主要參數(shù)。9自身功率損耗大，因此工作時需要散熱器。9電力電子器件需驅(qū)動電路來控制。3、同處理信息的電子器件相比的一般特征 半控型器件（Thyristor ）通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（IGBT ，MOSFET通過控制信號既可控制其導(dǎo)

3、通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件(Power Diode不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動電路。按照器件能夠被控制的程度分為以下三類：電流驅(qū)動型通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：單極型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。 復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型集成混合而成的器件。按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況，分為三類：引言1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理1.3.2 晶閘管的基本特

4、性1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)1.3.4 晶閘管的派生器件1956年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品，并在1958年商業(yè)化。按照IEC （國際電工委員會）的定義：晶閘管是指那些具有3個以上PN 結(jié)，主電壓-電流特性至少在一個象限內(nèi)具有導(dǎo)通、阻斷兩個穩(wěn)定狀態(tài)，且可在這兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件。晶閘管（Thyristor ）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）引言 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率du /dt 過高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良

5、好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）。2只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況：1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下：晶體管導(dǎo)通條件：當(dāng)晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用（因此一般采用脈沖觸發(fā)）。要使已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值（維持電流I H ）以下。 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)1）額定電壓U TN斷態(tài)重復(fù)峰值電壓U

6、 DRM ：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。 反向重復(fù)峰值電壓U RRM ：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。 通態(tài)（峰值）電壓U TM ：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。使用注意：通常取晶閘管的U DRM 和U RRM 中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。 維持電流I H ：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。 擎住電流I L ：晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常I L 約為I H 的24倍。 浪涌

7、電流I TSM ：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。晶閘管型號：K F F F表示閘流特性額定電流I T （AV ）額定電壓：U TNP普通型；K快速型S雙向型；N逆導(dǎo)型3）動態(tài)參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通。通態(tài)電流臨界上升率di/dt指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。4）晶閘管的門極定額門極觸發(fā)電流I GT ：使晶閘管由斷態(tài)進(jìn)入通態(tài)所必須的最

8、小門極電流。門極觸發(fā)電壓U GT ：產(chǎn)生門極觸發(fā)電流所必須的最小門極電壓。1.3.4 晶閘管的派生器件快速晶閘管(FST Fast Switching Thyristor 有快速晶閘管和高頻晶閘管特點：9較高的電流上升率和電壓上升率；9t on =12s ，t off = 幾s 幾十s ；9開關(guān)損耗?。?工作頻率高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。 引言1.4.2 電力晶體管1.4.3 電力場效應(yīng)晶體管1.4.4 絕緣柵雙極晶體管引言全控型器件通過對其基極（門極、柵極）的控制，即可使其導(dǎo)通又可使其關(guān)斷的器件，也稱為自關(guān)斷器件。典型代表門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體

9、管。 IGBT 單管及模塊電力MOSFET1.4.2 電力晶體管術(shù)語電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時候也稱為Power BJT。應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT 和電力MOSFET 取代。 3）GTR 的主要參數(shù)(1最高工作電壓(2集電極最大允許電流I cM(3集電極最大耗散功率P cM 1.4.3 電力場效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型通常主要指絕緣柵型中的MOS 型（Metal Oxide Semicon

10、ductor FET），簡稱電力MOSFET （Power MOSFET）結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT ）優(yōu)點：輸入阻抗高，屬于電壓控制器件，驅(qū)動電路簡單。工作頻率是電力電子器件中最高的。 熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR ，不存在二次擊穿。 缺點：導(dǎo)通壓降比GTR 大。電流容量小，耐壓低。1）電力MOSFET 的結(jié)構(gòu)和工作原理 電力MOSFET 的種類按導(dǎo)電溝道可分為P 溝道和N 溝道。耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型對于N （P ）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道。 電力MOSFET 主要是N 溝道增強(qiáng)型。