电力电子技术第1章电力电子器件.ppt

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1、电力电子技术第1章电力电子器件电力电子器件的概念及分类电力电子器件的发展历史半控型电力电子器件——晶闸管1.1电力电子器件概念电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是器件最重要的参数一、电力电子器件的特征电力电子器件一般工作在开关状态电力电子器件常常需要信息电子电路来控制电力电子器件的功率损耗通常比信息电子电路器件的大二、电力电子器件的分类按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为三类：（1）半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能

2、控制其关断（晶闸管）（2）全控型器件——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件（MOSFET、IGBT）（3）不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路（二极管）按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类（1）电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制（2）电压驱动型——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类（1）单极型器件（2）双极型器件（3）复合型器件1.2电

3、力电子器件的发展历史1957年发明晶闸管全控型器件GTOGTRMOSFET复合型器件IGBTIGCTMCT集成功率电路PICHVICIPM1.3半控器件—晶闸管晶闸管的结构与工作原理晶闸管的基本特性晶闸管的主要参数晶闸管的派生器件外形有螺栓型和平板型两种封装引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，另一端较粗的是阴极，细的是门极平板型封装的晶闸管，两个平面分别是阳极和阴极，细长端是门极一、晶闸管的结构与工作原理a)外形b)结构c)电气符号图1.晶闸管的结构2.晶闸管的工作原理A、K接

4、正向电压，灯泡不燃亮A、K接正向电压，G、K接负电压，灯泡不燃亮A、K接正向电压，G、K接正电压，灯泡燃亮A、K接负向电压，灯泡不燃亮A、K接负向电压，无论G、K接何种电压灯泡不燃亮灯泡燃亮后，撤除G、K间电压或G、K间接负向电压，灯泡仍然燃亮灯泡燃亮后，撤除A、K间电压或A、K接负向电压，灯泡熄灭2.1晶闸管的导通实验2.2晶闸管的通、断规律当晶闸管承受阳极反向电压时，无论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态当晶闸管承受阳极正向电压时，仅在门极承受正向电压时，晶闸管才能导通，两者缺一不可晶闸管一旦导通，门极就失去控制

5、作用要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极施加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流降低到一定数量以下当门极未加触发电压时，晶闸管具有正向阻断能力a)双晶体管模型b)工作原理晶闸管内部是PNPN四层半导体结构（P1，N1，P2，N2）。如果施加阳极正向电压，则J2处于反向偏置状态，器件关断；如果施加阳极反向电压，J1、J3处于反向偏置状态，器件关断。2.3晶闸管的工作原理晶闸管的导通可以用双晶体（P1N1P2和N1P2N2）模来解释。当门极注入电流IG，IG流入晶体管V2的基极，那么在V2的集电极产生电

6、流IC2，而IC2又是晶体管V1的基极电流，放大成集电极电流IC1，进一步增大了V2的基极电流，形成了强烈的正反馈，最后V1、V2进入饱和状态，晶闸管导通。当晶闸管导通后，撤除门极注入电流，由于晶体管内部已经形成了强烈的正反馈。所以管子仍然导通；若要使晶闸管关断则必须撤除阳极的正电压，或者给阳极施加反电压，或者使流过晶闸管的电流降低为零或低于某一数值。式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式（1-1）—（1-4）可得（1-5）晶体管的特性是：在低

7、发射极电流下是很小的，而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。晶闸管的工作方程Ic1=1IA+ICBO1（1-1）Ic2=2IK+ICBO2（1-2）IK=IA+IG（1-3）IA=Ic1+Ic2（1-4）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光直接照射硅片，即光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中之外，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（LightTriggeredThyristor——LTT）只有门极触发（包括光触发）是最精确、

8、迅速而可靠的控制手段2.4晶闸管其它导通情况二、晶闸管的基本特性1.晶闸管的静特性晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG第I象限是正向特性，第III象限是反向性URSM——反向不重复峰值电压URRM——反向重复峰值电压UDRM——正向重复峰值电压UDSM——正向不重复峰值电压Ubo——正向转折电压IH——维持电流IG—