第2章 电力电子器件与应用课件

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1、2.1概述2.2电力二极管2.3晶闸管及派生器件SCR2.4电力双极型晶体管GTR2.5电力场效应晶体管PowerMOSFET2.6绝缘栅双极型晶体管IGBT2.7其他新型电力电子器件2.8电力电子器件的缓冲电路和串并联第二章电力电子器件与应用本章主要介绍常用电力电子器件的结构、工作原理、主要参数，重点介绍基本特性及其驱动和保护电路。12.1概述电力电子器件在电力电子技术中作为开关元件使用，要求它具有开关速度快、承受电流和电压能力大和开关损耗小等特点。理想的电力电子器件应在断态时能承受高电压且漏电流很小，在通态时能通过大电流且压降非常低，通断转换时间短。电力电

2、子器件在应用时应有能限制电流和电压上升的能力。为进一步简化电路的结构，提高工作的可靠性，电力电子器件应将多单元器件、驱动电路、保护电路集成在一起。22.1概述电力电子器件种类很多。根据电力电子器件被控制信号所控制的程度，电力电子器件分为三种。不控型器件：电力二极管半控型器件：普通晶闸管SCR及其派生系列（门极可关断晶闸管GTO除外）。全控型器件：GTO、电力晶体管GTR、功率场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等。还有一些新型电力电子器件，如功率集成模块PIC、智能功率模块IPM等。32.2电力二极管2.2.1电力二极管的结构电力二极管的基本结构和原

3、理与信息电子电路中的二极管一样，都是具有一个PN结的两端器件。不同的是电力二极管的PN结面积较大。PN结的电容效应：PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。4外形结构电气图形符号2.2电力二极管电力二极管的外形、结构和电气图形符号高频等效电路5大功率二极管62.2电力二极管2.2.2电力二极管的基本特性静态特性、动态特性⒈静态特性电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，即器件端电压与电流的关系。门槛电压UTO与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压U

4、F即为其正向电压降电导调制效应：PN结流过的正向电流较大时，其电阻率明显下降，即电导率大大增加。反向击穿电压UB72.2电力二极管⒉动态特性因结电容的存在，电力二极管在零偏转、正向偏转和反向偏转这三个状态之间转换时，必然经过一个过渡过程，其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性。正向偏置转换为反向偏置零偏置转换为正向偏置8t2：时刻电流变化率接近零，恢复对反向电压阻断正向偏置转换为反向偏置2.2电力二极管反向恢复时间：trr=td+tf关断过程：tF：时刻外加电压改变t0：时刻电流下降为零，此时不能恢复反向阻断能力。t1:时刻反向电流达最大值，此后

5、反向电流迅速下降，产生反向过冲电压IRP，随后出现反向过冲电压URP9开通过程：电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。2.2电力二极管零偏置转换为正向偏置102.2电力二极管2.2.3电力二极管的主要参数1．正向平均电流IF指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下，元件结温达到额定且稳定时，容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。在选择电力二极管时，应按元件允许通过的电流有效值来选取。对应额定电流IF的有效值为1.57IF。2．正向电压降UF电力二极管在规定温

6、度和散热条件下，流过某一指定的正向稳态电流时，电力二极管的最大电压降。112.2电力二极管3．反向重复峰值电压URRM电力二极管在指定温度下，所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是反向不重复峰值电压URSM的2/3。使用时，一般按照两倍的URRM来选择电力二极管。4．反向漏电流IRR对应于反向重复峰值电压URRM下的平均漏电流，称为反向重复平均电流IRR。另外，还有最高结温、反向恢复时间等参数。122.2电力二极管2.2.4电力二极管的主要类型电力二极管用途：在AC/DC变换电路中作为整流元件在电感元件电路中作为续流元件在各种变流电路中作为隔离、篏位或保护元件

7、。1．普通二极管它又称为整流二极管，多用于开关频率不高的整流电路中。其正向电流和反向电压的额定值可达到很高，可达到数千安和数千伏。132.2电力二极管2．快速恢复二极管反向恢复时间很短，一般在5μs以下，此类二极管称为快速恢复二极管。快速恢复外延型二极管反向恢复时间可低于50ns，正向压降很低，多用于高频整流电路中。3．肖特基二极管用金属和半导体接触形成PN结的二极管，称为肖特基二极管。其优点在于：反向恢复时间短到10～40ns，正向恢复过程也没有明显的电压过冲。另外，正向压降也很低，明显低于快速恢复二极管。肖特基二极管多用于200伏以下的电路中。14型号VR

8、RMVIF(AV)AIFSMAVFMV