电力电子器件基础知识.ppt

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1、1模块1：电力电子器件基础知识1.1概述1.2电力二极管1.3晶闸管1.4门极关断晶闸管1.5电力晶体管1.6电力场效应晶体管1.7绝缘栅双极晶体管1.8其他新型功率开关器件1.9任务实施——电力电子器件测试1.10知识拓展——谐振软开关基本概念小结21.1概述1.电力电子器件的发展2.电力电子器件的使用特点3.电力电子器件的分类4.电力电子技术主要组成部分3晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代全控型器件迅速发展时期19571970198019902000t(年)电力电子器件发展4电力电子器件使用特点1.导通压降2.运

2、行频率3.器件容量4.耐冲击能力5.可靠性5电力电子器件的分类1）根据控制信号可以控制的程度半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)——通过控制信号既可控导通又可控制其关断，又称自关断器件。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。62）根据驱动信号的类型电流驱动型——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。电压驱动型——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。3）根据内部导电载流子分单极

3、型——器件内只有一种载流子（多数载流子）参与导电过程的半导体器件双极型——器件内电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件混合型——是指单极型和双极型器件的集成混合电力电子器件的分类72.变流技术（电力电子器件应用技术）用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理论。电力电子技术主要组成部分1.电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础，其理论基础是半导体物理。3.控制技术——电力电子技术的关键8电力变换分四大类交流变直流——整流（AC-DC变换器）直流变交流——逆

4、变（DC-AC变换器）直流变直流——斩波（DC-DC变换器）交流变交流——交交变换（AC-AC变换器）电力电子技术主要组成部分9AKAKa)1.2电力二极管电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通

5、二极管一致。IKAPNJb)c)图1-1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101.3晶闸管晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR，普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。从1958年美国研制出第一只普通晶闸管以来，至今已形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品；晶闸管作为大功率的半导体器件，只需用几十至几百毫安的电流，就可以控制几百至几千安培的大电流，实现了弱电对强电的控制；晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等优点，曾经在许多领域中得到了广泛的应用。11一、晶闸管的结构

6、晶闸管具有四层PNPN结构，引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端；晶闸管的常见封装外形有螺栓型、平板型、塑封型；晶闸管对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。图1-2晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号G12二、晶闸管的导通和关断条件〔简单描述〕晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。图1-3晶闸管的工作条件的试验电路13〔解释〕当SCR的阳极和阴极电压UAK<0，即EA下正上负，无论门极G加什么电压，SCR始终处于关断状态；UAK>0时，且EG

7、k>0，SCR才能导通。SCR一旦导通，门极G将失去控制作用，即无论EG如何，均保持导通状态。SCR导通后的管压降为1V左右，主电路中的电流I由R和RW以及EA的大小决定；当UAK<0时，无论SCR原来的状态，都会使R熄灭，即此时SCR关断。其实，在I逐渐降低（通过调整RW）至某一个小数值时，刚刚能够维持SCR导通。如果继续降低I，则SCR同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流。导通和关断条件综上所述：SCR导通条件：UAK>0同时UGK>0由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。(一般通过减小EA,,直至EA<0来实现。）14图1-4

8、晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理三、晶