电力电子技术第五版课件第2章 电力电子器件概述.ppt

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1、第2章电力电子器件2.1电力电子器件概述2.2不可控器件——电力二极管2.3半控型器件——晶闸管2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件2.6功率集成电路与集成电力电子模块1电子技术的基础———电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础———电力电子器件本章主要内容：概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。第2章电力电子器件·引言21）概念:电力电子器件（PowerElectronicDevice）——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制

2、的电子器件。主电路（MainPowerCircuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2）分类:电真空器件(汞弧整流器、闸流管)半导体器件(采用的主要材料仍然是硅）2.2.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件3能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。3）同处理信息的电子器件相比的特征：4通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗

3、可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗电力电子器件的损耗5电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行电气隔离控制电路6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制其导通又可控制其关断，又称自关

4、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。2.1.3电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：7电流驱动型——通过从器件的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——仅通过在器件的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。按照驱动电路信号的性质，分为两类：8本章内容:介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。学习要点:最重要的是

5、掌握其基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。2.1.4本章学习内容与学习要点9PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。肖特基二极管：多用于正向压降较低(一般是0.3V)的低压输出电路。快恢复二极管：多用于带有可控开关且反向恢复时间较短的高频电路中。2.2不可控器件—电力二极管整流二极管及模块10二极管处于通态时，开通速度很快，可当作理想开关反向截至区iDUD0iDUF（I）UratedAK+UD-iD基本结构和工作

6、原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。图2-2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AKAKa)IKAPNJb)c)AK12PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。PN结的电容效应：13主要指其伏安特性门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。与正向电流IF对应

7、的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。图1-4电力二极管的伏安特性2.2.2电力二极管的基本特性1)静态特性IOIFUTOUFU142)动态特性—电力二极管在偏值状态发生改变时的过渡过程—结电容的存在a)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5电力二极管的动态过程波形a)正向偏置转换为反向偏置延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或

8、称恢复系数，用Sr表示。15正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通过程1.2.2电力二极管的基本特性开通过程：关断过程须经