030431009电力电子器件原理与设计

1、电力电子器件原理与设计课程教学大纲课程代码： 030431009 课程英文名称： Theory and Design of power electronic devices 课程总学时： 40 讲课： 32 实验： 8 上机： 0 适用专业：电子科学与技术 大纲编写（修订）时间： 2011.9一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标 电力电子器件原理与设计是一门电气工程， 自动控制等专业开设的一门专业技术基础课， 旨 在培养学生通过对常用电力电子器件的基本工作原理、 电气性能的了解， 掌握与其相关的应用技 术、新型电路、控制策略，以及典型的应用电路。本课程着重学习电力电子器件的基本工作原理及

2、其应用电路。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1. 了解电力电子技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。2. 了解与熟悉常用的电力电子器件的工作机理、电气特性和主要参数 .3. 理解和掌握基本的电力电子电路的工作原理、 电路结构、 电气性能、 波形分析方法和参数计 算，并能进行初步的系统设计。4. 具有一定的电力电子电路实验和调试的能力。（三）实施说明1 教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教 学，培养学生思考问题、 分析问题和解决问题的能力； 引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识， 培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生

3、提高利用标准、 规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。2教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI 课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。（四）对先修课的要求本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。 本课程主要的先修课程有电路、 模拟电子技术、 数字电子技术、晶体管原理等。（五）对习题课、实践环节的要求1 对重点、难点章节应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解 决实际问题为目的。2 课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计 算方面的内容，

4、作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力， 熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评 作业。学生必须独立、 按时完成课外习题和作业， 作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。3 每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生应掌握典型机械零件的基 本实验方法，获得实验操作的基本训练。实验成绩作为评定课程成绩的一部分。4安排大作业，大作业成绩作为平时成绩的一部分。（六）课程考核方式 1考核方式：考查 2考核目标：在考核学生对常用的电力电子器件的工作机理、电气特性理解和掌握的基础上，重点考核学生对基本的电力电子电路的

5、工作原理、电路结构、电气性能、波形分析方法的掌 握，及初步的系统设计能力。3 成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等） 占10%实验成绩占15%期末考试成绩占 75%平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计。（七）参考书目现代电力电子器件原理与应用技术，徐德鸿编，机械工业出版社，2008现代电力电子技术基础，李宏，王崇武 编，机械工业出版社，2009电力电子技术，王兆安，刘进军 主编，机械工业出版社，2009电力电子技术，李先允 主编，中国电力出版社

6、，2006二、中文摘要电力电子器件的原理和设计提供电气工程，自动控制等专业领域的一门基础课程，培养学生 理解和掌握的原则，和电力电子器件的电学特性，应用技术相关联，并典型应用电路。本课程着重学习电力电子器件及其应用电路的基本工作原则。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1绪论222功率二极管443功率场效应晶体管10824绝缘栅双极型晶体管（IGBT）10825晶闸管8626可关断晶闸管（GTO晶闸管与IGCT）642合计40328四、教学内容及基本要求第1部分绪论总学时（单位：学时）:2讲课:2 实验:0上机:0 具体内容：1）什么是电力电子技术2）电力电子器件简介3）电力电子技术

7、的发展与展望第2部分功率二极管总学时（单位：学时）:4 讲课:4 实验:0上机:0第2.1部分 功率二极管（讲课 2学时） 具体内容：1 ）功率二极管的性能参数功率二极管的稳态伏安特性2）PIN功率二极管的开关特性3）快速恢复二极管的开通关断特性4）改善二极管反向恢复特性的方法5）功率二极管的分类6） 功率碳化硅肖特基二极管在高Boost功率因数校正电路中的应用 第 2.2 部分 功率二极管的散热措施（讲课 2 学时） 具体内容 :1）功率二极管的热平衡2）功率二极管的散热3）散热器的选择与设计4）散热器的冷却方式 重点 :功率二极管的开关特性、伏安特性，散热器的选择与设计 难点 :恢复二极管

8、的开通关断特性方法，散热器的选择与设计 习题 :功率管的特性曲线分析，和散热器的选择设计第 3 部分 功率场效应晶体管 总学时 （单位：学时 ）:10 讲课 :8 实验:2 上机:02 学时）第 3.1 部分 power MOSFET 工作原理和工作特性（讲课 具体内容 :1）power MOSFET 的结构2）MOSFET勺工作原理3）MOSFET勺工作特性第 3.3 部分 栅极勺驱动与保护（讲课 2 学时） 具体内容 :1）栅极勺驱动特性 栅极勺驱动与保护2）栅极驱动电路3）并联应用4）使用中勺保护措施第3.4部分 功率MOSFE应用实例（讲课 2学时） 具体内容 :1）集成PWM控制芯片

9、2）PWM控制DC- DC变换器应用实例重点 :MOSFET 勺工作特性，栅极驱动电路和并联应用难点 :PWM控制DC- DC变换器习题 :栅极驱动和保护电路勺构成及特点实验 :功率MOSFET勺特性与驱动电路研究（2学时）第 4 部分 绝缘栅双极型晶体管 （IGBT） 总学时 （单位：学时 ）: 10 讲课:8 实验 :2 上机 :0第 4.1 部分 IGBT 勺结构和工作原理（讲课 2 学时） 具体内容 :1）IGBT的结构原理2）IGBT的工作原理第 4.2 部分 IGBT 的特性（讲课 2 学时）具体内容 :1）IGBT 的静态、转移特性2）IGBT 的开关特性和开关过程3）IGBT

10、的结电容特性和损耗特性4）IGBT 的安全工作区第 4.3 部分 IGBT 的驱动和保护（讲课 2 学时） 具体内容 :1）IGBT 的驱动条件和主要特性2）几种常用 IGBT 分立驱动电路3）IGBT 集成驱动芯片4）IGBT 的保护电路和缓冲电路第 4.4 部分 IGBT 的使用和应用实例（讲课 2 学时）具体内容 :1）IGBT 的选择和使用2）IGBT 的应用实例第 4.5 部分 逆变器的基本知识（讲课 2 学时） 具体内容 :1）单相半桥逆变器2）单相全桥逆变器3）三相逆变器4）空间矢量调制 （SVM）5）逆变器的控制重 点 :IGBT的特性、逆变器的基本知识、IGBT的使用难 点

11、:三相逆变器、空间矢量调制（SV M）、逆变器的控制习 题 :IGBT、GTR的驱动电路特点IGBT的保护和缓冲电路的构成实 验 :IGBT 的特性与驱动电路研究（ 2 学时）第 5 部分 晶闸管总学时 （ 单位：学时 ）:8 讲课 :6 实验 :2 上机 :0 第 5.1 部分 普通与特殊晶闸管（讲课 2 学时） 具体内容：1）晶闸管结构与工作原理2）伏安特性与主要参数3）特殊晶闸管第 5.2 部分 晶闸管的触发电路（讲课 2 学时） 具体内容：1）对触发电路的要求2）触发电路的种类3）集成触发电路第 5.3 部分 晶闸管的保护与容量扩展（讲课 1 学时） 具体内容：1）过电压保护2）过电流保护3）晶闸管的串并联第 5.4 部分 晶闸管应用实例（讲课 1 学时） 具体内容：1）单相桥式全控相控整流电路 2）三相桥式全控相控整流电路 重 点 :晶闸管的特性和触发电路，晶闸管的整流电路难 点 :晶闸管的保护电路，晶闸管的整流电路实 验 :晶闸管的简易测试及导通关断条件实验（ 2 学时） 第6部分可关断晶闸管（GTO晶闸管与IGCT） 总学时 （单位：学时 ）: 讲课 :4 实验:2 上机:0 第 6.1 部分 GTO 晶闸管（讲课 2 学时） 具体内容 :1）GTC的