电力电子技术教学课件作者殷刚第1章电力电子器件.ppt

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1、第1章电力电子器件1.1电力电子器件概述1.2功率二极管1.3晶闸管1.4功率场兹应晶体管返回1.1电力电子器件概述1.1.1电力电子器件的概念电力电子器件是可直接于电能主电路中实现电能变换或控制的电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两大类。1.1.2电力电子器件的基本模型电力电子器件可以抽象成图I一I所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。1.1.3电力电子器件的基本特性及分类电力电子器件种类繁多，其结构特点、工作原理、应用范围各不相同，但是在电力电子电路中它们的功能相同，都是工作在

2、通、断状态。下一页返回1.1电力电子器件概述1.电力电子器件的基本特性1)电力电子器件一般都工作在开关状态。2)电力电子器件的开关状态由外电路(驱动电路)来控制。3)在工作中器件的功率损耗(通态、断态、开关损耗)很大，为防止器件温度过高而损坏，一般都要安装散热器。2.电力电子器件的分类按照开关控制特性分为:1)半控型器件，例如晶闸管。2)全控型器件，例如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、电力MOSFET(电力场效应晶体管)IGBT(绝缘栅双极晶体管)。3)不可控器件，例如电力二极管。上一页下一页返回1.1电力电子器件概述按照控制信号的特性分

3、为:1)电压驱动型器件，例如IGBT,MOSFET。2)电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO,GTR根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分为:1)脉冲触发型，例如晶闸管、GTO。2)电子控制型，例如GTR,MOSFET,IGBT。按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为:1)单极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO,GTR2)双极型器件，例如MOSFET,IGBT。3)复合型器件，例如MCT(MOS控制晶闸管)。上一页下一页返回1.1电力电子器件概述3.电力电子器件的优缺点电力二极管:结构和原理简单，工作可靠。晶闸

4、管:承受电压和电流容量在所有器件中最高。IGBT:开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，驱动功率小。缺点:开关速度低于电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO。GTO:电压、电流容量大，适用于大功率场合，其通流能力很强。缺点:电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。MOSFET:开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题。缺点:电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。上一页返回1.2功率

5、二极管1.2.1功率二极管的结构和工作原理1.元件结构普通功率二极管由N型半导体和P型半导体结合构成的，如图1-2所示。在PN结的P型端引出的电极称为阳极A，在N型端引出的电极称为阴极K。功率二极管主要有螺栓型和平板型两种外形结构，如图1一3(a)、图1一3(b)所示。2.工作原理功率二极管的工作原理和普通二极管一样，当受到正向电压作用时，PN结导通，正向压降很小;当二极管处于反向电压作用时，PN结截止，仅有极小的漏电流流过二极管。下一页返回1.2功率二极管1.2.2二极管的伏安特性图1-4所示是电力二极管的伏安特性曲线。从图中可知电力二极管具有单向导电性

6、。1.2.3功率二极管的主要参数1.额定正向平均电流式IdD(额定电流)IdD是指在规定的环境温度和标准散热条件下，管子允许长期通过的最大工频半波电流的平均值。元件标称的额定电流就是这个电流。在实际应用中应按照流过二极管实际波形与工频正弦半波平均电流的有效值(热效应)相等的原则来选取额定电流。上一页下一页返回1.2功率二极管2.正向压降U(管压降)U是指在规定温度下，流过稳定的额定电流时所对应的正向压降。3.反向重复峰值电压认URRM额定电压)在额定温度条件下，元件反向伏安特性曲线的转拆处对应的反向电压称为反向不重复峰值电压URSM，URSM的80%称

7、为反向重复峰值电压URRM(额定电压)，它是功率二极管能重复施加的反向最高电压。一般在选用功率二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的2一3倍来选择额定电压。1.2.4功率二极管的型号和选择原则1.功率二极管的型号国产普通功率二极管的型号规定如图1一5所示。上一页下一页返回1.2功率二极管2.功率二极管的选择原则(1)选择额定正向平均电流IdD的原则在规定的室温和冷却条件下，要求所选管子的额定电流IdD对应的有效值IdM大于管子在电路中实际可能通过的最大电流有效值IdM，即IdM>Idm.。所以首先要根据电路结构确定IdM，从而求得IdM,(2)选

8、择额定电压URRM的原则选择功率二极管的反向重复峰值电压等级(额定