电子技术基础(电力半导体器件).ppt

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1、1-1电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行第三节电力半导体器件电气隔离控制电路1-2不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)——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。电力电子器件的

2、分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：｛晶闸管及其派生器件｛绝缘栅双极晶体管电力效应晶体管门极可关断晶体管门极可关断晶体管处理兆瓦级大功率电能电力二极管只有两个端子1-3单极型——有一种载流子参与导电。如功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）。双极型——电子和空穴两种载流子参与导电。如功率场效应晶体管（MODFET）混合型——单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如晶闸管（SCR）电力电子器件的分类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：1-4PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。快恢复二极

3、管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。不可控器件—功率二极管整流二极管及模块1-5基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号PN结与电力二极管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK1-6晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个联接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热

4、器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。半控器件—晶闸管1-7晶闸管的结构与工作原理式中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。由以上式可得：晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理按晶体管的工作原理，得：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）1-8晶闸管的结构与工作原理在低发射极电流下是很小的，而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通状态：注入触发电流使晶体管的发射

5、极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。1-9晶闸管的结构与工作原理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，称为光控晶闸管（LightTriggeredThyristor——LTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况：1-10晶闸管的基本特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸

6、管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。晶闸管正常工作时的特性总结如下：1-11晶闸管的基本特性（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1）静态特性图9.3-4晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG1-12晶闸管的基本特性反向特性类似二极管

7、的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图9.3-4晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性1-13结构：与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元的多元的功率集成器件。GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起。图9.3-13GTO的内部结构和电气图形符号a