河海大学电力电子第01章 电力电子器件ppt课件.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不可控器件——二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用本章小结及作业1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1章电力电子器件·引言电子技术的基础———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21.1.1电力电子器件的概念和特征1.1.2应用电力电子器件的系统组成1.1.3电力电子器件的分类1.1电力电子器件概述31）概念:电力电子器件

2、（PowerElectronicDevice）——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。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(采用的主要材料硅）1.1.1电力电子器件的概念和特征4能处理电功率的能力，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。1.1.1电力电子器件的概念和特征3）特征：5通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较

3、高时，开关损耗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1.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件的损耗6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保护电路附加在主电路和控制电路中，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行1.1.2应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路7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

4、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。1.1.3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：8电流驱动型电力二极管、晶闸管、GTO、GTR——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MOSFET、IGBT——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。1.1.3电力电子器件的分类按照驱动电路信号的性质，分为两类：91.2.1PN结与电力二极管的工作原理1.2.2电力二极管的基本特性1.2.3电力二极管的主要参数1.2.4电力二极管的主要类型1.2不可控器

5、件—电力二极管10PowerDiode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。快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。1.2不可控器件—电力二极管·引言整流二极管及模块11基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。不同：电力二极管N-层的掺杂浓度很低，电阻率很高，具有较高的耐压能力；但会导致通态压降的升高，两者是矛盾的。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。1.2.1PN结与电力二极管的工作原理121.2.1PN结与电力二极管的工作原理反偏时：内电场变宽，

6、仅有少子漂移形成的漏电流，微安级；正偏时：耗尽层随电压升高而变窄，最终消失；正向电流大时，空穴进入N-区并积累，为了维持半导体中性条件，电子浓度也增大，N-区电阻率明显降低—电导调制效应。浓度差导致多子的扩散，内电场引起少子的漂移，两者达到动平衡。N-区浓度低，电阻率很大13状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿1.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的状态14PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电

7、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。CB是由多子电荷变化造成的电容效应；CD由少子造成，故在高频下不起作用电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态，可使单向导电性能变差，甚至不能工作。1.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的电容效应：15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IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。