电力电子课件

第一章电力电子器件的原理与特性1要求及重点要求：了解电力电子器件的发展、分类与应用；理解和掌握SCR、GTO、GTR（或BJT）、电力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、电气特性和主要参数。重点：各种电力电子器件原理、性能上的不同点，各自应用的场合。2电力电子技术的发展传统的电力电子技术阶段（1960～1980年）器件基础：以晶闸管为核心的晶闸管大家族主要应用：相控整流器、直流斩波器等基本特征：整流或交流到直流的顺变现代的电力电子技术阶段（1980年～至今）器件基础：高频率、全控的功率集成器件主要应用：脉宽调制（PWM）电路、零电压零电流开关谐振电路、高频斩波电路等基本特征：进入逆变时期3现代电力电子技术与传统的电力电子技术相比较，有如下特点：集成化高频化全控型电路“弱电化”，控制技术数字化多功能化专用化ASIC4电力电子器件的发展第一代电力电子器件无关断能力的SCR第二代电力电子器件有关断能力的GTO、GTR等第三代电力电子器件性能优异的复合型器件如（IGBT）和智能器件IPM(IntelligentPowerModule)等5电力电子器件的分类按其开关控制性能分类：不控型器件 如电力二极管半控型器件 如晶闸管全控型器件 如GTO、GTR、IGBT按器件内部载流子参与导电的种类分类：单极型器件(MOSFET、SIT等)双极型器件(SCR、GTO、GTR等)复合型器件(IGBT等)6电力电子器件的基本特点双极型器件通态压降较低、阻断电压高、电流容量大单极型器件开关时间短、输入阻抗高（电压控制型）电流具有负的温度特性，二次击穿的可能性很小。通态压降高、电压和电流定额较小。复合型器件既有电流密度高、导通压降低的优点；又有输入阻抗高、响应速度快的优点。7电力电子器件的应用决定应用场合的基本因素输出容量工作频率应用举例高压输电电力牵引开关电源8晶闸管（SCR）名称晶闸管

（Thyristor）可控硅

（SCR）外形与符号9SCR的导通和关断条件当SCR承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，SCR均处于阻断状态。当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，SCR才能导通。SCR在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，SCR仍能导通。SCR在导通情况下，当主电路电流减少到一定程度时，SCR恢复为阻断。10课堂思考（一）调试如图所示晶闸管电路，在断开Rd测量输出电压Vd是否正确可调时，发现电压表V读数不正常，接上Rd后一切正常，为什么？（触发脉冲始终正常工作）11SCR的工作原理12SCR的特性SCR的伏安特性VRSM:反向不重复峰值电压VBO：转折电压IH：维持电流门极的伏安特性13SCR的主要参数SCR的电压定额断态重复峰值电压VDRM反向重复峰值电压VRRM额定电压通态（峰值）电压VTMSCR的电流定额维持电流IH擎住电流IL浪涌电流ITSM（通常为4ITA或更多）14SCR的主要参数（续）通态平均电流ITA

15课堂思考（二）通过SCR的电流波形

如图所示，Im＝300A

试选取SCR的ITA解：电流有效值

16SCR的主要参数（续）动态参数断态电压临界上升率dv/dt过大的dv/dt下会引起误导通通态电流临界上升率di/dt过大的di/dt可使晶闸管内部局部过热而损坏17SCR的主要参数（续）门极参数

以三菱公司的

TM400HA－M

为例18晶闸管家族的其它器件快速晶闸管（KK、FSCR）逆导型晶闸管（ReverseConductingThyristor）RCT19晶闸鞋管家怒族的猜其它拴器件（续器）双向录晶闸尿管（B灯i浑-普di跌re纷ct阁io间na络l帽Th幻玉yr耕is搭to初r）TR持IA近C20可关倚断晶民闸管挠（G惊TO态）名称Ga铃te垂T门ur贪n疼of辈f灯Th吃yr殃is接to酷r，简称狗GT谎O符号21GT锁O的港关断愈原理GT待O处于临界抓导通状态集电咳极电质流IC1占总凑电流尖的比丘例较小电流务增益22GT庙O的杨阳极已伏安串特性逆阻共型逆导贱型23GT箱O的锯开通未特性ton:开通斥时间td:延迟票时间tr:上升先时间ton=td+tr24GT殖O的译关断笔特性tof光f:关断毕时间ts:存储动时间tf:下降鹊时间tt:尾部您时间tof勿f=ts+tf+（tt）25GT氏O的转主要丈参数可关泉断峰院值电屯流ITG盏QM关断觉时的抛阳极趁尖峰眨电压VPVP过大决可能祥引起过热误触衬发阳极扛电压咽上升藏率dv格/d盗t静态梯d念v/屈dt动态茧d残v/研dt阳极逗电流怪上升狸率di炮/d珍t26电力石晶体膏管（粮GT氧R秤/尘BJ朵T）名称巨型宗晶体条管（为Gi夜an奏t酷Tr释an赖si商st贞or并）电力蒙晶体收管符号特点嘱（双氏极型歌器件愤）饱和卸压降的低开关翠时间应较短安全德工作乖区宽27GT饰R的剪结构转形式单管奴电力自晶体固管（驼BJ碑T）达林递顿管电流沾增益废大晃，愉输出硬管不逮会饱温和关断劈燕时间加较长达林戒顿模拼块28GT检R的座输出悄特性基本垃上同次三极煤管（Ⅰ孝）截偷止区（Ⅱ模）放隙大区（Ⅲ全）临掉界饱途和区（Ⅳ晕）深产饱和遮区29GT墓R的横电压拍极限蔬值BVCE朴OBVCE得SBVCE意XBVCE坝RBVCE戚X>BVCE粱S>BVCE房诚R>BVCE嗽O30GT矿R的葱二次纪击穿原因元件央内部堵局部放温驰度过逼高，没引铃起电筝流急泰剧增投长脊。性质热击怪穿31GT涨R的嫩安全顿工作思区正向蹄偏置硬安全副工作哨区（F忘BS狠OA刺）反向怠偏置政安全加工作妇区（R慎BS勤OA券）32电力单M情OS扎FE贷T名称又称功率色MO降SF兄ET或电力讲场效棚应晶征体管分类P沟道逮增强缺型N扫沟道晴耗尽翻型符号{{33电力渗M翠OS缝FE戴T木的特年点单极知型器纲件优点开关腹速度毙很快航，工气作频挑率很炸高;电流漠增益宣大，挪驱动笋功率倾小;正的舟电阻廊温度她特性拨，易贱并联东均流尼。缺点通态骡电阻枝较大派，通匆态损聋耗相走应也箭大；单管铲容量角难以椅提高杰，只械适合澡小功娱率。34电力辉M泄OS携FE基T像的转稻移特街性ID=f（温VG棋S）ID较大卵时，拥ID与VGS间的俘关份系近阁似线搏性。跨导GFS=护dID/拿dVGSVGS（t总h）开启遥电压35电力蚊M稠OS滚FE揉T望的输钥出特胡性（Ⅰ箩）截通止区（Ⅱ忧）饱豆和区（Ⅲ归）非堪饱和渠区（Ⅳ消）雪答崩区36电力能M围OS栗FE弯T盼的安镜全工杆作区电力僵M挪OS完FE搂T无反向繁阻断支能养力MO万SF般ET无二次让击穿况问题注意袖防静丛电37绝缘凶栅双勿极晶育体管观（I具GB飘T）符号工作解原理由M躲OS因FE守T和语GT肝R复衬合而心成等效肤电路榨如右38IG堆BT急的伏骑安特狮性伏安帝特性惰示意状图实际吓的伏折安特萍性39IG柴BT透的擎葵住效惭应产生误原因内部互存在建NP轰N型寄兴生晶财体管避免疤方法使漏接极电碰流阀不超匠过IDM减小蓬重加dvds/dt40IG或BT负的安聚全工普作区栅极捞布线遍应注卖意：驱动岸电路里与I睡GB轧T的连贝线要灶尽量蛋短；如不爹能直飘接连暂线时慢，应走采用女双绞呜线。正向保安全挣工作岩区反向堪安全倾工作棵区41其它便新型魂场控狡器件静电反感应淘晶体鸣管SI辰T静电偏感应由晶闸窃管SI搭THMO山S