電力電子基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)20121016

電力電子基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)2012-10-16目錄整流電路及逆變電路電力半導(dǎo)體器件123開關(guān)電源概述變頻器硬件體系42電力半導(dǎo)體器件變頻器中常見的電力半導(dǎo)體器件：1、電力二極管（PowerDiode）2、功率晶體管（GTR--GiantTransistor）也稱雙極型晶體管（BJT--BipolarJunctionTransistor）3、場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET--Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）4、絕緣柵門極雙極性晶體管(IGBT—InsulatedGateBipolarTransistor)5、智能功率模塊（IPM—IntelligentPowerModule）6、PIM7、晶閘管（SCR—SillconControlledRectifier）3電力半導(dǎo)體器件分類按照器件能夠被電路信號(hào)控制的程度，可分為三類：1、不可控型器件不能用控制型號(hào)控制其通斷，不需要驅(qū)動(dòng)電路（二極管）2、半控型器件控制信號(hào)可控制其開通但不能控制其關(guān)斷（SCR）3、全控型器件控制信號(hào)既可以控制開通也可以控制其關(guān)斷（IGBT、MOSFET…）按照驅(qū)動(dòng)電路加在控制器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)可分為：1、電流驅(qū)動(dòng)型通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制（GTR、SCR）2、電壓驅(qū)動(dòng)型通過(guò)在控制端施加一定的電壓信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制（MOSFET、IGBT）分類：4電力二極管特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦圆豢煽胤蔡匦?電力二極管的主要參數(shù)額定電流——在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)——按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。正向壓降UF——在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。反向重復(fù)峰值電壓URRM——對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量

反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr=td+tf最高工作結(jié)溫TJM——結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125~175

C范圍之內(nèi)。浪涌電流IFSM——指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。6電力二極管的主要作用7功率晶體管GTR20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又被IGBT和電力MOSFET取代。常用的有NPN和PNP兩種類型，電流全控型器件。主要特點(diǎn)有開關(guān)頻率低、關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)、開關(guān)容量大、導(dǎo)通壓降低…8GTR基本知識(shí)9GTR基本知識(shí)10GTR基本知識(shí)11GTR主要參數(shù)電流放大倍數(shù)β;β=Ic/Ib直流電流增益hFE;一般認(rèn)為：hFE=β集射極間漏電流Iceo集射極間飽和壓降Uces開通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff最高工作電壓

集電極最大允許電流IcM：規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)集電極最大耗散功率PcM：最高工作溫度下允許的耗散功率12GTR主要參數(shù)13GTR主要參數(shù)14MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）是壓控型器件，具有高輸入阻抗、驅(qū)動(dòng)功率小、控制電路簡(jiǎn)單、工作頻率高、無(wú)二次擊穿現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)主要品牌有：IR、Fairchild、ON、ST、IXYS、Vishay……按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為：耗盡型和增強(qiáng)型；功率MOSFET主要為N溝道增強(qiáng)型15MOSFET16MOSFET17MOSFET18MOSFET19主要參數(shù)1、漏極擊穿電壓BUD

BUD是不使器件擊穿的極限參數(shù)，它大于漏極電壓額定值

BUD隨結(jié)溫的升高而升高，這點(diǎn)正好與GTR和GTO相反。2、漏極額定電壓UD

UD是器件的標(biāo)稱額定值。3、漏極電流ID和IDM

ID是漏極直流電流的額定參數(shù)；IDM是漏極脈沖電流幅值4、柵極開啟電壓UT

UT又稱閥值電壓，是開通PowerMOSFET的柵-源電壓，它為轉(zhuǎn)移特性的特性曲線與橫軸的交點(diǎn)。施加的柵源電壓不能太大，否則將擊穿器件。5、跨導(dǎo)gm

gm是表征PowerMOSFET柵極控制能力的參數(shù)。

MOSFET20MOSFET典型應(yīng)用21IGBT絕緣柵雙極晶體管IGBT，綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)；具有高輸入阻抗，開關(guān)速度快，工作電壓高，承受電流大，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，功率大等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代了MOSFET和GTR的單獨(dú)使用，廣泛應(yīng)用于變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域主要品牌有：InfineonSemikronMITSUBISHIFujiIRFairchildSanRexSanKenToshiba22IGBT23IGBT24IGBT的基本特性25IGBT的基本特性26IGBT的基本特性27IGBT的基本特性28IPM智能功率模塊IPM（IntelligentPowerModule），不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。而且還內(nèi)置有過(guò)電壓，過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)藏電流