电力电子器件 ppt课件.ppt

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1、第二章：电力电子器件第一节概述第二节电力二极管第三节电力晶体管第四节晶闸管第五节电力MOS场效应晶体管第六节绝缘栅双极晶体管第七节其它电力电子器件第八节电力电子器件的保护本章小结1第一节概述一、电力电子器件的概念和特征1）能够承受高电压和通过大电流，处理功率大。2）一般工作在开关状态（开关特性和参数）3）实际应用中，由弱电控制强电4）开关损耗大，器件使用时需安装散热器2二、电力电子器件的分类半控型---晶闸管（含双向、快速）全控型-可关断晶闸管GTO电力晶体管GTR场效应晶体管MOSFET绝缘栅双极型晶体管IGBT其他（MCT、IGCT、PIC。。。）双极型复合型单极型3根据驱动电路加在电

2、力电子器件控制端和公共端之间的信号的性质，将电力电子器件分为电流驱动型（GTO、GTR）和电压驱动型（MOSFET、IGBT）。4电力电子器件的最新研制水平器件名称国外研制水平国内研制水平普通晶闸管SCH12kV/1kA,8kV/6kA6.5kV/3.5kA快速晶闸管2.5kV/1.6kA2kV/1.5kA光控晶闸管6kV/6kA,8kV/4kA4.5kV/2kA可关断晶闸管GTO9kV/2.5kA,6kV/6kA(400Hz)4.5kV/2.5kA电力晶体管GTR模块：1.8kV/1kA(2kHz)模块：1.2kV/400A功率MOSFET60A/200V（2MHz)500V/50A(1

3、00MHz)1kV/35A绝缘栅双极晶体管IGBT单管：4.5kV/1kA模块：3.5kV/1.2kA（50kHz)单管：1kV/50A模块：1.2kV/200A集成门极换流晶闸管IGCT单管：6kV/1.6kAMOS控制晶闸管MCT1kV/100A（Td=1μs)1kV/75A功率集成电路IPM:1.8kV/1.2kA600V/75A5AKAKa)第二节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

4、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，小功率的和普通二极管一致。IKAPNJb)c)图2-2-1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6第四节晶闸管晶闸管(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1957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

5、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。7一、晶闸管的结构晶闸管具有四层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。G图2-4-1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8晶闸管的管耗和散热：管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热和冷却。冷却

6、方式：自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷9二、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2-4-2晶闸管的工作条件的试验电路10〔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EGk>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

7、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。）11图2-4-3晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理晶闸管的工作原理分析〔具体描述〕如果IG(门极电流)注入V2基极，V2导通，产生IC2（