第3章 直流斩波电路

《第3章 直流斩波电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电力电子技术第3章直流斩波电路3直流斩波电路3.1全控电力电子器件3.2直流斩波工作原理3.3基本直流斩波电路3.4其他直流斩波电路3.5直流斩波电路应用3.1全控电力电子器件3.1.1可关断晶闸管3.1.2电力晶体管3.1.3功率场效应晶体管3.1.4绝缘栅双极晶体管3.1.5智能型器件IPM3.1.1可关断晶闸管门极可关断晶闸管简称GTO，是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。GTO既具有普通晶闸管的优点（耐压高，电流大，耐浪涌能力强，价格便宜），同时又具有GTR的优点（自关断能力，无需辅助关断电路，使用方便）。是目前应用于高压、大容量场合中的一种大功率开关

2、器件。广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿和大功率直流斩波调速等领域。1．GTO的结构与工作原理GTO的结构原理与普通晶闸管相似，为PNPN四层三端半导体器件，其结构、等效电路及符号如图3-1所示。图中A、G和K分别表示GTO的阳极、门极和阴极。其外形如图3-2所示。图3-1GTO的结构、等效电路及符号(a)结构(b)符号图3-2GTO的外形图2．GTO的主要特性（1）阳极伏安特性逆阻型的阳极伏安特性如图所示。由图3-3可见，它与普通晶闸管的伏安特性极其相似。（2）通态压降特性GTO的通态压降特性如图3-4。（3）开通特性开通特性是元件从断态到通态过程中电流、电压及功

3、耗随时间变化的规律。如图3-5所示。（4）关断特性关断特性是指GTO在关断过程中的阳极电压、阳极电流和功耗与时间的关系，如图3-6所示。图3-3GTO的阳极伏安特性图3-4GTO的通态压降图3-5GTO的开通特性图3-6GTO的关断特性3．GTO的主要参数（1）最大可关断阳极电流IATO（2）关断增益βoff（3）阳极尖峰电压UP4．GTO门极驱动要求图3-7为理想门极信号波形，门极电压、电流包含正向开通脉冲和反向关断脉冲（1）导通触发（2）关断触发图3-7GTO理想门极信号波形5．可关断晶闸管的测试（1）可关断晶闸管电极的判定将万用表置于R×10档或R×100档，轮换测量可

4、关断晶闸管的3个引脚之间的电阻，如图3-8所示。（2）判定可关断晶闸管的好坏①用万用表R×10档或R×100档测量晶闸管阳极（A）与阴极（K）之间的电阻，或测量阳极（A）与门极（G）之间的电阻。如果读数小于1kΩ，说明可关断晶闸管严重漏电，器件已击穿损坏。②用万用表R×10档或R×100档测量测量门极（G）与阴极（K）之间的电阻。如正反向电阻均为无穷大（∞），说明被测晶闸管门极、阴极之间断路，该管也已损坏。图3-8可关断晶闸管电极判别（3）可关断晶闸管触发特性测试如图3-9所示。将万用表置于R×1档，黑表笔接可关断晶闸管的阳极A，红表笔接阴极G悬空，这时晶闸管处于阻断状态，电

5、阻应为无穷大（∞），如图3-9（a）所示。（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测测试方法如图3-10所示。采用1.5V干电池一节，普通万用表一只。图3-9可关断晶闸管触发特性简易测试方法图3-10可关断晶闸管的关断能力测试3.1.2电力晶体管电力晶体管（GTR）是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(BJT)。1．GTR的结构和工作原理图3-11分别给出了NPN型GTR的内部结构断面示意图和电气图形符号。图3-11NPN型GTR的内部结构断面示意图和电气图形符号(a)内部结构断面示意图（b）电气图形2．GTR的基本特性(1)静态特性图3-12给出了GTR在共发射极接法时的典型输

6、出特性（即集电极伏安特性），明显地分为我们所熟悉的截止区、放大区和饱和区三个区域。(2)动态特性图3-13给出了GTR开通和关断过程中基极电流和集电极电流波形的关系。图3-12共发射极接法时GTR的输出特性图3-13GTR的开通和关断过程电流波形3．GTR的基本参数(1)最高工作电压(2)集电极最大允许电流ICM(3)集电极最大耗散功率PCM4．GTR的二次击穿和安全工作区(1)二次击穿现象(2)安全工作区正向偏置安全工作区如图3-14(a)所示。反向偏置安全工作区如图3-14(b)所示。图3-14GTR安全工作区（a）正向偏置安全工作区(b)反向偏置安全工作区3.1.3功率

7、场效应晶体管1．功率MOSFET的结构与工作原理图3-15功率MOSFET的符号(a)N沟道(b)P沟道2．功率MOSFET的主要特性（1）输出特性输出特性也称漏极伏安特性，它是以栅源电压UGS为参变量，反映漏极电流ID与漏源极电压UDS间关系的曲线族，如图3-16所示。（2）转移特性转移特性是在一定的漏极与源极电压UDS下，功率MOSFET的漏极电流ID和栅极电压UGS的关系曲线。如图3-17(a)所示。图3-17(b)所示为壳温TC对转移特性的影响。（3）开关特性功率MOSFET的开关波形如图3-1