现代电力电子器件及其应用

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1、第8章现代电力电子器件及其应用 本章要求　了解常用电力电子器件晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管等全控型器件的结构、工作原理、主要参数及其应用。本章内容　电力电子技术是电力、电子、控制三大领域的交叉学科。晶闸管已成为目前半导体器件从弱电领域进入强电领域中制造技术最为成熟、应用最广泛的器件之一。它主要用于整流器（把交流电压变为固定的或可调的直流电压）、逆变器（把直流电压变为固定的或可调的交流电压）、斩波器（把固定的直流电压变为可调的直流电压）、交流调压器（把固定的交流电压变为可调的交流电压）等方面。随着高速晶

2、闸管、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等全控型器件的问世，晶闸管的应用日益广泛。电子技术也由传统的电力电子阶段进入现代电力电子阶段，现代电力电子技术已经成为衡量一个国家电子工业和电力工业是否现代化的主要标志之一。是现代电子技术中不可或缺的内容。本章介绍一些常用的电力半导体器件和应用。本章学时　4学时 8.1　晶闸管本节学时　1学时本节重点　１、晶闸管的工作原理；　　　　　２、伏安特性及主要参数：　教学方法　首先简单介绍晶闸管的结构,进而分析其工作原理,使学生了解晶闸管的半控性。教学

3、手段　以电子课件与传统教学手段相结合的手段，让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。教学内容　（a）示意图（b）符号8-1晶闸管结构与符号GKAGAαoPNPN8.1.1晶闸管的结构与符号晶闸管与二极管相比,它的单向导电能力还受到控制极上的信号控制。晶闸管内部结构示意图如图8-1（a），它由PNPN四层半导体交替叠合而成，中间形成三个PN结。阳极A从上端P区引出，阴极K从下端N区引出，又在中间P区上引出控制极（或称门极）G。图8-1（b）是晶闸管的符号。晶闸管中通过阳极的电流比控制极中的电流大得多，所以一般晶闸管

4、控制极的导线比阳极和阴极的导线要细。8.1.2晶闸管的工作原理 1．晶闸管导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压，同时控制极和阴极之间加适当的正向电压（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。2．导通以后的晶闸管，关断的方法是在阳极上加反向电压或将阳极电流减小到足够小的程度（维持电流IH以下）。 （a）结构分解示意图（b）结构原理图图晶闸管工作原理GAKPNPNNPNNGAKPNPNAT1(NPN)β2β1IGβ1IGT2(PNP)IGGK          8.1.3晶闸管的伏安特性UFRMUBOuAIHIG2>

5、IG1>IG=0oadc图8-4晶闸管的伏安特性曲线ΔUUBRURRMbiAIF+--+晶闸管的阳极电压U与阳极电流IA之间的关系曲线称为晶闸管的伏安特性曲线，如图8-4所示。 在无触发信号时，如果在阳极和阴极之间加上额定的正向电压，则在晶闸管内只有很小的正向漏电流通过，它对应特性曲线的oa段，以后逐渐增大阳极电压到b点，此时晶闸管会从阻断状态突然转向导通状态。b点所对应的阳极电压称为无触发信号时的正向转折电压（或称“硬开通”电压），用UBO表示。晶闸管导通后，阳极电流IA的大小就由电路中的阳极电压UA和负载电阻

6、来决定。晶闸管导通后，减小阳极电流IA，并使IA

7、电流等主要参数的意义。晶闸管的主要参数有以下几项：1．额定正向平均电流IF在规定的散热条件和环境温度及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流在一个周期内的平均值，称为正向平均电流IF，2．维持电流IH在规定的环境温度和控制极断开情况下，维持晶闸管导通状态的最小电流称维持电流IH。3．正向重复峰值电压UFRM在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用UFRM表示。按规定此电压为正向转折电压UBO的%80。4．反向重复峰值电压URRM在额定结温和

8、控制极断开时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，用URRM表示。按规定此电压为反向转折电压UBR的%80。5．控制极触发电压UG和电流IG在晶闸管的阳极和阴极之间加6V直流正向电压后，能使晶闸管完全导通所必须的最小控制极电压和控制极电流。6．浪涌电流IFSM在规定时间内，晶闸管中允许通过的最大正向过载电流，此电流应不致使晶闸管的结温过高而损坏。在元件的寿命期内，浪涌的