電力電子課件

第一章電力電子器件的原理與特性1要求及重點(diǎn)要求：了解電力電子器件的發(fā)展、分類(lèi)與應(yīng)用；理解和掌握SCR、GTO、GTR（或BJT）、電力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、電氣特性和主要參數(shù)。重點(diǎn)：各種電力電子器件原理、性能上的不同點(diǎn)，各自應(yīng)用的場(chǎng)合。2電力電子技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)階段（1960～1980年）器件基礎(chǔ)：以晶閘管為核心的晶閘管大家族主要應(yīng)用：相控整流器、直流斬波器等基本特征：整流或交流到直流的順變現(xiàn)代的電力電子技術(shù)階段（1980年～至今）器件基礎(chǔ)：高頻率、全控的功率集成器件主要應(yīng)用：脈寬調(diào)制（PWM）電路、零電壓零電流開(kāi)關(guān)諧振電路、高頻斬波電路等基本特征：進(jìn)入逆變時(shí)期3現(xiàn)代電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)相比較，有如下特點(diǎn)：集成化高頻化全控型電路“弱電化”，控制技術(shù)數(shù)字化多功能化專(zhuān)用化ASIC4電力電子器件的發(fā)展第一代電力電子器件無(wú)關(guān)斷能力的SCR第二代電力電子器件有關(guān)斷能力的GTO、GTR等第三代電力電子器件性能優(yōu)異的復(fù)合型器件如（IGBT）和智能器件IPM(IntelligentPowerModule)等5電力電子器件的分類(lèi)按其開(kāi)關(guān)控制性能分類(lèi)：不控型器件 如電力二極管半控型器件 如晶閘管全控型器件 如GTO、GTR、IGBT按器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的種類(lèi)分類(lèi)：?jiǎn)螛O型器件(MOSFET、SIT等)雙極型器件(SCR、GTO、GTR等)復(fù)合型器件(IGBT等)6電力電子器件的基本特點(diǎn)雙極型器件通態(tài)壓降較低、阻斷電壓高、電流容量大單極型器件開(kāi)關(guān)時(shí)間短、輸入阻抗高（電壓控制型）電流具有負(fù)的溫度特性，二次擊穿的可能性很小。通態(tài)壓降高、電壓和電流定額較小。復(fù)合型器件既有電流密度高、導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)；又有輸入阻抗高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。7電力電子器件的應(yīng)用決定應(yīng)用場(chǎng)合的基本因素輸出容量工作頻率應(yīng)用舉例高壓輸電電力牽引開(kāi)關(guān)電源8晶閘管（SCR）名稱(chēng)晶閘管

（Thyristor）可控硅

（SCR）外形與符號(hào)9SCR的導(dǎo)通和關(guān)斷條件當(dāng)SCR承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論門(mén)極承受何種電壓，SCR均處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)SCR承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門(mén)極承受正向電壓的情況下，SCR才能導(dǎo)通。SCR在導(dǎo)通時(shí)，只要仍然承受一定正向陽(yáng)極電壓，不論門(mén)極電壓如何，SCR仍能導(dǎo)通。SCR在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主電路電流減少到一定程度時(shí)，SCR恢復(fù)為阻斷。10課堂思考（一）調(diào)試如圖所示晶閘管電路，在斷開(kāi)Rd測(cè)量輸出電壓Vd是否正確可調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表V讀數(shù)不正常，接上Rd后一切正常，為什么？（觸發(fā)脈沖始終正常工作）11SCR的工作原理12SCR的特性SCR的伏安特性VRSM:反向不重復(fù)峰值電壓VBO：轉(zhuǎn)折電壓IH：維持電流門(mén)極的伏安特性13SCR的主要參數(shù)SCR的電壓定額斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM反向重復(fù)峰值電壓VRRM額定電壓通態(tài)（峰值）電壓VTMSCR的電流定額維持電流IH擎住電流IL浪涌電流ITSM（通常為4ITA或更多）14SCR的主要參數(shù)（續(xù)）通態(tài)平均電流ITA

15課堂思考（二）通過(guò)SCR的電流波形

如圖所示，Im＝300A

試選取SCR的ITA解：電流有效值

16SCR的主要參數(shù)（續(xù)）動(dòng)態(tài)參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt過(guò)大的dv/dt下會(huì)引起誤導(dǎo)通通態(tài)電流臨界上升率di/dt過(guò)大的di/dt可使晶閘管內(nèi)部局部過(guò)熱而損壞17SCR的主要參數(shù)（續(xù)）門(mén)極參數(shù)

以三菱公司的

TM400HA－M

為例18晶閘管家族的其它器件快速晶閘管（KK、FSCR）逆導(dǎo)型晶閘管（ReverseConductingThyristor）RCT19晶閘管家族的其它器件（續(xù)）雙向晶閘管（Bi-directionalThyristor）TRIAC20可關(guān)三斷晶三閘管三（GT三O）名稱(chēng)Ga三te三T三ur三n三of三fTh三yr三is三to三r，簡(jiǎn)稱(chēng)GT三O符號(hào)21GT三O的關(guān)三斷原三理GT三O處于臨界三導(dǎo)通狀態(tài)集電三極電三流IC1占總?cè)娏魅谋热^小電流三增益22GT三O的陽(yáng)三極伏三安特三性逆阻三型逆導(dǎo)三型23GT三O的開(kāi)三通特三性ton:開(kāi)通三時(shí)間td:延遲三時(shí)間tr:上升三時(shí)間ton=td+tr24GT三O的關(guān)三斷特三性tof三f:關(guān)斷三時(shí)間ts:存儲(chǔ)三時(shí)間tf:下降三時(shí)間tt:尾部三時(shí)間tof三f=ts+tf+（tt）25GT三O的主三要參三數(shù)可關(guān)三斷峰三值電三流ITG三QM關(guān)斷三時(shí)的三陽(yáng)極三尖峰三電壓VPVP過(guò)大三可能三引起過(guò)熱誤觸三發(fā)陽(yáng)極三電壓三上升三率dv/dt靜態(tài)dv/dt動(dòng)態(tài)dv/dt陽(yáng)極三電流三上升三率di/dt26電力三晶體三管（GT三R三/三BJ三T）名稱(chēng)巨型三晶體三管（Gi三an三t三Tr三an三si三st三or）電力三晶體三管符號(hào)特點(diǎn)三（雙三極型三器件三）飽和三壓降三低開(kāi)關(guān)三時(shí)間三較短安全三工作三區(qū)寬27GT三R的結(jié)三構(gòu)形三式單管三電力三晶體三管（BJ三T）達(dá)林三頓管電流三增益三大三，三輸出三管不三會(huì)飽三和關(guān)斷三時(shí)間三較長(zhǎng)達(dá)林三頓模三塊28GT三R的輸三出特三性基本三上同三三極三管（Ⅰ）截三止區(qū)（Ⅱ）放三大區(qū)（Ⅲ）臨三界飽三和區(qū)（Ⅳ）深三飽和三區(qū)29GT三R的電三壓極三限值BVCE三OBVCE三SBVCE三XBVCE三RBVCE三X>BVCE三S>BVCE三R>BVCE三O30GT三R的二三次擊三穿原因元件三內(nèi)部三局部三溫三度過(guò)三高，三引三起電三流急三劇增三長(zhǎng)三。性質(zhì)熱擊三穿31GT三R的安三全工三作區(qū)正向三偏置三安全三工作三區(qū)（FB三SO三A）反向三偏置三安全三工作三區(qū)（RB三SO三A）32電力MO三SF三ET名稱(chēng)又稱(chēng)功率MO三SF三ET或電力三場(chǎng)效三應(yīng)晶三體管分類(lèi)P溝道三增強(qiáng)三型N溝道三耗盡三型符號(hào){{33電力MO三SF三ET的特三點(diǎn)單極三型器三件優(yōu)點(diǎn)開(kāi)關(guān)三速度三很快三，工三作頻三率很三高;電流三增益三大，三驅(qū)動(dòng)三功率三小;正的三電阻三溫度三特性三，易三并聯(lián)三均流三。缺點(diǎn)通態(tài)三電阻三較大三，通三態(tài)損三耗相三應(yīng)也三大；單管三容量三難以三提高三，只三適合三小功三率。34電力MO三SF三ET的轉(zhuǎn)三移特三性ID=f（VG三S）ID較大三時(shí)，ID與VGS間的三關(guān)三系近三似線三性?？鐚?dǎo)GFS=dID/dVGSVGS（th）開(kāi)啟三電壓35電力MO三SF三ET的輸三出特三性（Ⅰ）截三止區(qū)（Ⅱ）飽三和區(qū)（Ⅲ）非三飽和三區(qū)（Ⅳ）雪三崩區(qū)36電力MO三SF三ET的安三全工三作區(qū)電力MO三SF三ET無(wú)反向三阻斷三能三力MO三SF三ET無(wú)二次三擊穿三問(wèn)題注意三防靜三電37絕緣三柵雙三極晶三體管三（IG三BT）符號(hào)工作三原理由MO三SF三ET和GT三R復(fù)合三而成等效三電路三如右38IG三BT的伏三安特三性伏安三特性三示意三圖實(shí)際三的伏三安特三性39IG三BT的擎三住效三應(yīng)產(chǎn)生三原因內(nèi)部三存在NP三N型寄三生晶三體管避免三方法使漏三極電三流三不超三過(guò)IDM減小三重加dvds/dt40IG三BT的安三全工三作區(qū)柵極三布線三應(yīng)注三意：驅(qū)動(dòng)三電路三與IG三BT的連三線要三盡量三短；如不能三直接三連線三時(shí)，三應(yīng)采三用雙三絞線三。正向三安全三工作三區(qū)反向三安全三工作三區(qū)41其它三新型三場(chǎng)控三器件靜電三感應(yīng)三晶體三管SI三T靜電三感應(yīng)三晶閘三管SI三THMO三S控制