学习情境二+电力电子器件及其驱动保护

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1、1学习情境二电力电子器件及其驱动保护2.1电力电子器件概述2.2电力二极管2.3晶闸管（SCR）2.4门极关断晶闸管（GTO）2.5电力晶体管（GTR）2.6电力场效应晶体管（MOSFET）2.7绝缘栅双极晶体管（IGBT）2.8GTO、GTR、MOSFET、IGBT驱动与保护22.1.1概念2.1.2同处理信息的电子器件相比一般特征2.1.3电力电子器件的分类2.1电力电子器件概述3电力电子器件（PowerElectronicDevice）——可直接用于主电路中，实现电能的变换和控制的电子器件。主电路（MainPowerCircuit）——电气设备

2、或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2.1.1概念42.1.2同处理信息的电子器件相比的一般特征能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路（驱动电路）来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。5电力电子器件的损耗主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。2.1.2同处理信息的电子器件相比的一般特征62.1.3电力电子器件的分类按照器

3、件能够被控制的程度，分为以下三类半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。如晶闸管及其大部分派生器件全控型器件——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。GTO，MOSFET，IGBT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。如电力二极管7按照驱动电路信号的性质，分为两类：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。这类电力电子器件称为电流驱动型电力电子器件或电流控制型电力电子器件。如晶闸管，GTO，MCT，IGCT。电压驱

4、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的控制。这类电力电子器件称为电压驱动型电力电子器件或电压控制型电力电子器件。也称为场控器件或场效应器件。如MOSFET，IGBT2.1.3电力电子器件的分类8按照载流子参与导电的情况，分为三类：单极性器件（MOSFET，SIT）——有一种载流子参与导电。双极性器件（电力二极管，晶闸管，GTO，GTR，SITH）——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件复合型器件（IGBT，MCT，IGCT）——由单极性器件和双极性器件集成混合而成的器件2.1.3电力电子器件的分类92.2电力二极管

5、2.2.1PN结与电力二极管的工作原理2.2.2电力二极管的基本特性2.2.3电力二极管的主要参数2.2.4电力二极管的主要类型2.2.5电力二极管命名102.2.1PN结与电力二极管的工作原理PowerDiode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。112.2.1PN结与电力二极管的工作原理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。AK

6、AKa)IKAPNJb)c)AK图2-1电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号阳极阴极122.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的状态状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿（高压）齐纳击穿（低压）两种击穿均可能导致热击穿132.2.1PN结与电力二极管的工作原理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，又称为微分电容。结电容按其

7、产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。142.2.2电力二极管的基本特性主要指其伏安特性门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。1)静态特性图2-2电力二极管的伏安特性152.2.2电力二极管的基本特性2)动态特性——二极管的电压-电流特性随时间变化的特性——一般专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：

8、trr=td+tf正向恢复时间：tfr恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用S