电力电子技术第1章电力电子器件

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1、第1章电力电子器件1.1电力二极管1.2晶闸管1.1电力二极管1.1.1功率二极管的结构和工作原理1、元件结构图1-1图1-2■二极管的基本原理——PN结的单向导电性◆当PN结外加正向电压（正向偏置）时，PN结表现为低阻态，PN结处于正向导通状态。导通时，管子压降维持在1V左右。不随电流而变。◆当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。反向阻断时，有极小的漏电流，平时可忽略不计，但温度升高时漏电流会增大，须引起注意。◆PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置

2、为截止的工作状态，这就叫反向击穿。1.1.2功率二极管的伏安特性IOIFUTOUFU电力二极管的伏安特性整流二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管见教材P4。1.1.3功率二极管的主要参数1.2晶闸管晶闸管（又称可控硅[SCR]）是一种能够用控制信号控制其导通，但不能控制其关断的半控型器件。晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸管（LATT）等。1.2.1晶闸管的结构1、晶闸管的结构图1-4常见的外形有两种：螺栓型和平板型。具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)图1-41.2.2晶闸管的工作原

3、理1、晶闸管的导通、关断实验由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路；由电源、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。（a）(b)(c)图1-5图1-52、实验说明3、实验结论通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件:（1）晶闸管阳极和阴极之间加正向电压。（2）晶闸管门极和阴极之间加正向电压。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。4、晶闸管的导通关断原理当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑图1-6晶闸管导通之后

4、，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持。门极失去控制作用。那怎样才能关断管子呢？关断条件：必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是减小到维持电流。可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。141、晶闸管的伏安特性晶闸管的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之间的关系特性。IG=0图1-5晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IGUAIAIG1IG2正向导通>>UBO正向特性反向特性雪崩击穿1.2.3晶闸管的特性2、晶闸管的开关特性(简介)晶闸管的开关特性如图所示。图1-8晶闸管开关

5、特性的说明通常定义器件的开通时间ton为延迟时间td与上升时间tr之和。即ton=td+tr电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间tgr之和。toff=trr+tgr1.2.4晶闸管的主要参数(简介)1、额定电压UTn(重点)（1）正向重复峰值电压UDRM在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。规定此电压为正向不重复峰值电压UDSM的80%。（2）反向重复峰值电压URRM在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。此电压取反向不重复峰

6、值电压URSM的80%。晶闸管的额定电压则取UDRM和URRM的较小值且靠近标准电压等级所对应的电压值。选择管子的额定电压UTn应为晶闸管在电路中可能承受的最大峰值电压的2~3倍。2、额定电流IT(AV)(重点)是指：在环境温度为+40度和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载时的单相、工频（50Hz）、正弦半波（导通角不小于170度）的电路中，结温稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。注意：晶闸管是以电流的平均值而非有效值作为它的电流定额，这是因为晶闸管较多用于可控整流电路，而整流电路往往按直流平均值来计算。实际应用中，应根据电流有效值相同的原则进行换算，通

7、常选用晶闸管时，电流选择应取(1.5～2)倍的安全裕量。3、维持电流IH在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。4、擎住电流IL晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后，要器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。5、门极触发电流IGT在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。6、门极触发电压UGT对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电路给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其

8、峰值IGF