电力电子技术1器件原理.ppt

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1、第一章电力电子器件的原理与特性要求及重点要求：了解电力电子器件的发展、分类与应用；理解和掌握功率二极管、SCR、GTO、MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、电气特性和主要参数。重点：各种电力电子器件原理、性能上的不同点，各自应用的场合。1电力电子器件概述电力电子器件的发展第一代电力电子器件无关断能力的SCR第二代电力电子器件有关断能力的GTO、GTR等第三代电力电子器件性能优异的复合型器件如（IGBT）和智能器件IPM(IntelligentPowerModule)等电力电子器件的分类按其开关控制性能分类：不

2、控型器件如电力二极管半控型器件如晶闸管全控型器件如GTO、GTR、IGBT按器件内部载流子参与导电的种类分类：单极型器件(MOSFET、SIT等)双极型器件(SCR、GTO、GTR等)复合型器件(IGBT等)电力电子器件的基本特点双极型器件通态压降较低、阻断电压高、电流容量大单极型器件开关时间短、输入阻抗高（电压控制型）电流具有负的温度特性，二次击穿的可能性很小。通态压降高、电压和电流定额较小。复合型器件既有电流密度高、导通压降低的优点；又有输入阻抗高、响应速度快的优点。电力电子器件的应用决定应用场合的基本因素输出容量工作

3、频率应用举例高压输电电力牵引开关电源1.2功率二极管工作原理（基本与普通二极管相同）PN结：正向导通反向截止电流到零关断基本特性静态特性（伏安特性）动态特性（关断特性—反向恢复电流）（开通特性）主要参数:正向平均电流IF（AV）正向压降UF反向重复峰值电压URRM最高工作结温TJM反向恢复时间trr浪涌电流IFSM主要类型:整流二极管（低频、大容量）快恢复二极管（高频）肖特基二极管（高频、低电压）1.3晶闸管（SCR）名称晶闸管（Thyristor）可控硅（SCR）外形与符号SCR的导通和关断条件当SCR承受反向阳极电压

4、时，不论门极承受何种电压，SCR均处于阻断状态。当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，SCR才能导通。SCR在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，SCR仍能导通。SCR在导通情况下，当主电路电流减少到一定程度时，SCR恢复为阻断。课堂思考（一）调试如图所示晶闸管电路，在断开Rd测量输出电压Vd是否正确可调时，发现电压表V读数不正常，接上Rd后一切正常，为什么？（触发脉冲始终正常工作）SCR的工作原理SCR的特性SCR的伏安特性VRSM:反向不重复峰值电压VBO：转折电压IH：维持电流

5、门极的伏安特性SCR的主要参数SCR的电压定额断态重复峰值电压VDRM反向重复峰值电压VRRM额定电压通态（峰值）电压VTMSCR的电流定额维持电流IH擎住电流IL浪涌电流ITSM（通常为4ITA或更多）SCR的主要参数（续）通态平均电流ITA课堂思考（二）通过SCR的电流波形如图所示，Im＝300A试选取SCR的ITA解：电流有效值SCR的主要参数（续）动态参数断态电压临界上升率dv/dt过大的dv/dt下会引起误导通通态电流临界上升率di/dt过大的di/dt可使晶闸管内部局部过热而损坏晶闸管家族的其它器件快速晶

6、闸管（KK、FSCR）逆导型晶闸管（ReverseConductingThyristor）RCT晶闸管家族的其它器件（续）双向晶闸管（Bi-directionalThyristor）TRIAC1.4可关断晶闸管（GTO）名称GateTurnoffThyristor，简称GTO符号GTO的关断原理GTO处于临界导通状态集电极电流IC1占总电流的比例较小电流增益GTO的阳极伏安特性逆阻型逆导型GTO的开通特性ton:开通时间td:延迟时间tr:上升时间ton=td+trGTO的关断特性toff:关断时间ts:存储时间tf:下降

7、时间tt:尾部时间toff=ts+tf+（tt）GTO的主要参数可关断峰值电流ITGQM关断时的阳极尖峰电压VPVP过大可能引起过热误触发阳极电压上升率dv/dt静态dv/dt动态dv/dt阳极电流上升率di/dt电力晶体管（GTR/BJT）名称巨型晶体管（GiantTransistor）电力晶体管符号特点（双极型器件）饱和压降低开关时间较短安全工作区宽1.5功率MOSFET名称又称功率MOSFET或电力场效应晶体管分类P沟道增强型N沟道耗尽型符号{{电力MOSFET的特点单极型器件优点开关速度很快，工作频率很高;电流增益

8、大，驱动功率小;正的电阻温度特性，易并联均流。缺点通态电阻较大，通态损耗相应也大；单管容量难以提高，只适合小功率。电力MOSFET的转移特性ID=f（VGS）ID较大时，ID与VGS间的关系近似线性。跨导GFS=dID/dVGSVGS（th）开启电压电力MOSFET的输出特性（Ⅰ）截止区（Ⅱ）饱和区（