第二章 电力电子技术—电力电子器件.ppt

第二章,电力电子器件,本章主要内容,2.1电力电子器件概述2.2不可控器件电力二极管2.3半控器件晶闸管2.4典型全控器件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,2.1电力电子器件概述,1.电力电子器件的特征,容量范围大一般工作在开关状态实际应用中，需要信息电子电路控制驱动电路工作时一般需要安装散热器,2.1电力电子器件概述,2.电力电子器件的系统组成,电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统,,电气隔离,（电力电子器件）,2.1电力电子器件概述,按控制程度，分为不可控型其通断完全由在主电路中的电压或电流来决定，如电力二极管半控型只可控制其导通，不可控制其关断的器件，如晶闸管全控型既可控制导通，又可控制关断的器件，如IGBT,3.电力电子器件的分类,按信号性质，分为电流驱动型和电压驱动型,按信号波形，分为脉冲触发型和电平控制型,按内部导电，分为单极型、双极型和复合型,2.3半控器件晶闸管,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,2.3半控器件晶闸管,1.晶闸管的结构及基本特性,结构四层三端电子器件，阳极A、阴极K、控制极G,结构图,原理图,2.3半控器件晶闸管,静特性单向导电性导通条件承受反压时，无论门极是否有触发电流，均不导通承受正压时，仅在门极有触发电流情况下，才能导通导通后，门极失去作用若关断，只有加反压使晶闸管电流降至某一数值之下,1.晶闸管的结构及基本特性,,,2.3半控器件晶闸管,正向特性IG0，加正向电压，有很小漏电流，正向阻断正向电压超过Ubo，漏电流剧增，导通IG增大，Ubo降低反向特性反向阻断，有极小反向漏电流反向电压达到反向击穿电压，导致晶闸管发热损坏,1.晶闸管的结构及基本特性,伏安特性,2.3半控器件晶闸管,1.晶闸管的结构及基本特性,2.3半控器件晶闸管,1.晶闸管的结构及基本特性,关断时间tqtrrtgrtrr反向阻断恢复时间（从正向电流降为0，到反向恢复电流衰减至接近于0）tgr正向阻断恢复时间（晶闸管恢复正向电压阻断能力的时间）一般为几百微秒,2.3半控器件晶闸管,2.晶闸管的主要参数,电压定额断态重复峰值电压UDRM门极断路，额定结温，允许重复加在器件上的正向峰值电压，50Hz，每次持续时间≤10ms，为断态不重复峰值电压UDSM的90反向重复峰值电压URRM门极断路，额定结温，允许重复加在器件上的反向峰值电压，为反向不重复峰值电压URSM的90通态（峰值）电压UTM晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压额定电压通常取UDRM和URRM中的较小值，取23倍,2.3半控器件晶闸管,2.晶闸管的主要参数,电流定额通态平均电流ITAV）（额定电流）环境温度为40C，规定冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值一般取计算结果的1.52倍为实际ITAV）。,,I有效值,2.3半控器件晶闸管,2.晶闸管的主要参数,维持电流IH晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百mA擎住电流IL晶闸管由断态转为通态，移除触发信号，能维持导通所必需的最小电流浪涌电流ITSM由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流,2.3半控器件晶闸管,2.晶闸管的主要参数,动态参数断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率通态电流临界上升率di/dt在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率,2.3半控器件晶闸管,3.晶闸管的选择,电压选择取正向峰值电压和反向峰值电压较小值的（23）倍确定晶闸管额定电压电流选择允许晶闸管发热大于实际发热，即（实际电流有效值）,2.3半控器件晶闸管,4.晶闸管的派生器件,快速晶闸管（FST）关断时间普通晶闸管数百微秒，快速晶闸管数十微秒,2.3半控器件晶闸管,4.晶闸管的派生器件,2.4典型全控器件,门极可关断晶闸管电力晶体管电力场效应晶体管绝缘栅双极晶体管,2.4典型全控器件,电力MOSFET,IGBT单管及模块,2.4典型全控器件,1.门极可关断晶闸管（GTO）,结构和工作原理PNPN四层半导体结构，多元的功率集成器件，包含数十甚至数百共阳极小GTO元导通饱和程度浅，易于关断，但管压降大开通与晶闸管类似，但开通过程更快门极施加负脉冲电流，使其关断工作频率低，容量大,2.4典型全控器件,1.门极可关断晶闸管（GTO）,动态特性开通时间tontdtr关断时间tofftstfts储存时间tf下降时间tt尾部时间tfUGEth,IGBT导通;当UGE0或不存在,IGBT关断静态特性转移特性IC与UGE关系输出特性伏安特性，IC与UCE关系，正向阻断区、有源区、饱和区工作在正向阻断区和饱和区,2.4典型全控器件,4.绝缘栅双极晶体管（JGBT）,动态特性开通时间tontdontrtfvtr电流上升时间tfv电压下降时间关断时间tofftdofftrvtfitfi电流下降时间trv电压上升时间特点开关速度高，开关损耗小通态压降低、输入阻抗高、安全工作区大,2.5其它新型电力电子器件,MOS控制晶闸管MCT将MOSFET与晶闸管组合而成的复合器件静电感应晶体管SIT结型场效应管静电感应晶闸管SITH在SIT的基础上发展而来集成门极换流晶闸管IGCT平板型GTO与多个并联电力MOSFET组成基于宽禁带半导体材料的电力电子器件,要点总结,电力电子器件控制类型半控、全控晶闸管电气符号、性质、导通条件、关闭条件、动态特性（一般了解）、主要参数、额定电压和额定电流选择（包括有效值和平均值计算）派生晶闸管电气符号全控型器件了解基本电气符号和电气特性,作业,第2章4、5题（42页）,