第1章电工电子资料ppt课件.ppt

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1、第1章电力电子器件主要内容：常用电力电子器件分类；常用电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性、主要参数和安全工作区；常用电力电子器件的基本驱动电路、缓冲电路和保护方法；常用电力电子器件的串并联技术。1.1引言电力电子器件是电力电子技术的基础，新器件的诞生或器件特性的新进展，都带动了电力电子应用技术的新突破，或导致出现新的电路拓扑。电力电子应用技术的发展又对电力电子器件提出了更新、更高的要求，进一步推动了高性能、新器件的研制。电力电子器件在电力电子电路中一般都工作在开关状态，在通态时应能流过很大电流而压降很低；在断态时应能承受很高电压而

2、漏电流很小；断态与通态间的转换时间很短且功率损耗较小。1.2电力电子器件的结构、特性和主要常数1.2.1功率二极管1.功率二极管的结构AKAKa)IKAPNJb)c)图1-1功率二极管外形、结构和符号2.功率二极管的工作原理P型半导体和N型半导体结合一体，其中，N型半导体区电子浓度大，P型半导体区空穴浓度大，因此，N区电子要向P区扩散与P区空穴复合，在N区边界侧留下正离子层，P区空穴要向N区扩散与N区电子复合，在P区边界侧留下负离子层，在交界处渐渐形成空间电荷区；多数载流子的扩散运动和少数载流子漂移运动到动态平衡，决定空间电荷区的宽度，

3、形成PN结；PN结具有单向导电性，二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。3.功率二极管的特性(1)功率二极管的伏安特性二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必须克服一定的门坎电压Uth(又称死区电压)。当外加反向电压时，二极管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿，反向电流迅速增加，二极管被电击穿后将造成PN结的永久损坏。图1-2功率二极管的伏安特性(2)功率二极管的开关特性因结电容的存在，功率二极管在通态和断态之间转换时，有一个过渡过程，这个过程中的特性为功率二极管的动态

4、特性。功率二极管由断态转为通态时，功率二极管的正向压降也会出现一个过冲UFP，然后逐渐趋于稳态压降值。这一动态过程的时间，称为正向恢复时间tr。当原处于正向导通的功率二极管的外加电压突然变为反向时，功率二极管不能立即关断，其电流逐渐下降到零，然后有较大的反向电流和反向过冲电压出现，经过一个反向恢复时间才能进入截止。其中，td为延迟时间，tf为电流下降时间，trr为反向恢复时间，trr＝td＋tf。图1-3功率二极管的开关特性由于PN结电容的存在，二极管从导通到截止的过渡过程与反向恢复时间trr、最大反向电流值IRM，与二极管PN结结电容的

5、大小、导通时正向电流IFR所对应的存储电荷Q、电路参数以及反向电流di/dt等都有关。普通二极管的trr=2～10µs，快速恢复二极管的trr为几十至几百ns,超快恢复二极管的trr仅几个ns。4.功率二极管的主要参数(1)额定电压URR反向不重复峰值电压URSM是指即将出现反向击穿的临界电压；二极管的额定电压URR（反向重复峰值电压URRM）取反向不重复峰值电压URSM的80％；URRM(或URR)小于二极管的反向击穿电压URO。(2)额定电流IFR功率二极管的额定电流IFR被定义为在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作，其管芯PN

6、结温升不超过允许值时，所允许流过的正弦半波电流平均值。若正弦电流的最大值为Im，则额定电流为(1-1)(3)最大允许的全周期均方根正向电流IFrms二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms(1-2)由式(1-1)和(1-2)可得(1-3)(4)最大允许非重复浪涌电流IFSM这是二极管所允许的半周期峰值浪涌电流。该值比二极管的额定电流要大得多。实际上它体现了二极管抗短路冲击电流的能力。功率二极管属于功率最大半导体器件，二极管参数是正确选用二极管依据。1.2.2晶闸管及派生器件晶闸管(Thyris

7、tor)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。1.晶闸管的外形小电流塑封式小电流螺旋式大电流螺旋式大电流平板式图形符号自冷式风冷式水冷式2.晶闸管的结构晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。A图1-4晶闸管的外形、结构和符号3.晶闸管的工作原理IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑图1-5晶闸管的双晶体管模型与工作电路图欲使晶闸管导通需具备两个条件：应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。晶闸管一旦导通

8、，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。4.晶闸管的特性(1)晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安