第2章 电力电子器件3

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1、电力电子技术第2章电力电子器件主要内容：常用电力电子器件的基本结构、工作原理、外特性、主要参数、开关特性、安全工作区。电力电子器件的驱动电路和缓冲电路。2.1.1功率二极管的结构和工作原理1.功率二极管的结构由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。2.功率二极管的工作原理其通断完全由承受的电压、电流决定2.1功率二极管（不控型器件）2.1.2功率二极管的特性和主要参数1.功率二极管的特性(1)功率二极管的伏安特性当外加正向电压小于门坎电压Uth(又称死区电压)时，正向电

2、流几乎为零。当外加正向电压大于Uth后，电流会迅速上升。硅二极管的门坎电压约为0.5V，当外加反向电压时，二极管的反向电流IS很小，但当外加反压超过反向击穿电压URO后,被击穿，反向电流迅速增加。一般反向电压应小于1/2URO或采取限流保护措施。(2)功率二极管的开关特性具有延迟导通和延迟关断的特点加反压10%IRM反向恢复时间trr最大反向电流值IRM导通时正向电流IF当IFIRMtrrURM正向恢复时间tfr1）大功率二极管在高频电路中必须考虑动态过程结论：2）二极管从导通到截止的过渡过程与反向恢复时间trr

3、最大反向电流值IRM二极管PN结结电容的大小导通时正向电流IFR所对应的存储电荷Q电路参数反向电流di/dt等众多因素有关。普通大功率二极管trr=2～10µs，快速恢复二极管trr=20～500ns,超快恢复二极管trr=2～10ns。3）在高频电路中使用快恢复二极管（trr较小）4）几种典型二极管的主要特性：普通大功率二极管：通态压降0.7～1.8V，额定电流5KA电压6KV；快速恢复二极管：通态压降1.6～4V,trr小；肖特基二极管：通态压降0.3～0.6V,漏电大，理想选择额定电流500A电压200V。

4、(1)额定电流IFR2.功率二极管的主要参数二极管的额定电流IFR被定义为其额定发热所允许的正弦半波电流平均值。若正弦电流的最大值为Im，则额定电流为(1-1)(2)正弦半波电流的有效值IFrms(1-2)二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，正弦半波电流的有效值为：由式(1-1)和(1-2)可得：(1-3)即二极管的额定电压URR。URRM小于二极管的反向击穿电压URO。(4)反向漏电电流IRR(5)正向平均电压UF(6)最大允许非重复浪涌电流IFSM二极管所允许的半周期峰值浪涌电流。该值比二极管的额定电流

5、要大得多。体现二极管抗短路冲击电流的能力。(3)反向重复峰值电压URRM功率二极管属于功率最大的半导体器件，最大额定电压、电流在6kV、6kA以上。功率二极管的正确选用：型号：ZP——电流电压/100通态平均电压类根据不同的用途，计算后查手册选用。注意：应留1.5～2倍的余量！2.2晶闸管（半控型器件）晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。目前，晶闸管的容量水平已达8kV／6kA。1、晶闸管的外形小电流塑封式小电流螺旋式大电流螺

6、旋式图形符号大电流平板式2.2.1晶闸管的一般知识晶闸管的外形螺旋式平板式模块式2、晶闸管的散热片自冷式风冷式水冷式2、晶闸管的散热片水冷式风冷式自冷式3、晶闸管的结构P1N1P2N2AGKJ1J2J3GP1N1N2N2P2AK晶闸管是PNPN四层半导体结构。具有J1、J2、J3三个PN结。可用两个三极管等效。4、晶闸管的等效电路(三极管等效电路)P2N2GKP1N1AJ1J2J3P2N1AGKN1P2P1P2N1N22.2.2.晶闸管的工作原理IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑晶闸管的导通关断条件导

7、通条件：除阳极加正向电压，必须同时在门极与阴极之间加一定的门极电压，有足够的门极电流。关断条件：阳极电流小于维持电流IH。可以将阳极电压减小到零或加反向阳极电压的方法来实现。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，为半控型器件。有关晶闸管的几个名词触发：当晶闸管加上正向阳极电压后，门极加上适当的正向门极电压，使晶闸管导通的过程称为触发。维持电流IH：维持晶闸管导通所需的最小阳极电流。正向阻断：晶闸管加正向电压未超过其额定电压，门极未加电压的情况下，晶闸管关断。硬开通：给晶闸管加足够的正向阳极电压，即使晶闸管未加门极电

8、压也会导通的现象叫硬开通。反向阻断：当晶闸管加反向阳极电压时，晶闸管不会导通。2.2.3晶闸管的特性和主要参数阳极伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电流IA间的关系特性。1.晶闸管的特性(1)晶闸管的伏安特性分阳极伏安特性和门极伏安特性随IG增加，正向转折电压UB0下降；当IG足够大时，UB0很小，与普通二极管相似。正向特性区：IG=0时，随UAK增加—I