电力电子基础知识培训20121016

电力电子基础知识培训2012-10-16目录整流电路及逆变电路电力半导体器件123开关电源概述变频器硬件体系42电力半导体器件变频器中常见的电力半导体器件：1、电力二极管（PowerDiode）2、功率晶体管（GTR--GiantTransistor）也称双极型晶体管（BJT--BipolarJunctionTransistor）3、场效应管（MOSFET--Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）4、绝缘栅门极双极性晶体管(IGBT—InsulatedGateBipolarTransistor)5、智能功率模块（IPM—IntelligentPowerModule）6、PIM7、晶闸管（SCR—SillconControlledRectifier）3电力半导体器件分类按照器件能够被电路信号控制的程度，可分为三类：1、不可控型器件不能用控制型号控制其通断，不需要驱动电路（二极管）2、半控型器件控制信号可控制其开通但不能控制其关断（SCR）3、全控型器件控制信号既可以控制开通也可以控制其关断（IGBT、MOSFET…）按照驱动电路加在控制器件控制端和公共端之间信号的性质可分为：1、电流驱动型通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制（GTR、SCR）2、电压驱动型通过在控制端施加一定的电压信号就可以实现导通或者关断的控制（MOSFET、IGBT）分类：4电力二极管特性：单向导电性不可控伏安特性5电力二极管的主要参数额定电流——在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)——按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。正向压降UF——在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。反向重复峰值电压URRM——对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量

反向恢复时间trrtrr=td+tf最高工作结温TJM——结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。TJM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TJM通常在125~175

C范围之内。浪涌电流IFSM——指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。6电力二极管的主要作用7功率晶体管GTR20世纪80年代以来，在中小功率范围内取代晶闸管，但目前又被IGBT和电力MOSFET取代。常用的有NPN和PNP两种类型，电流全控型器件。主要特点有开关频率低、关断时间长、开关容量大、导通压降低…8GTR基本知识9GTR基本知识10GTR基本知识11GTR主要参数电流放大倍数β;β=Ic/Ib直流电流增益hFE;一般认为：hFE=β集射极间漏电流Iceo集射极间饱和压降Uces开通时间ton和关断时间toff最高工作电压

集电极最大允许电流IcM：规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic。实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点集电极最大耗散功率PcM：最高工作温度下允许的耗散功率12GTR主要参数13GTR主要参数14MOSFET功率场效应管（MOSFET）是压控型器件，具有高输入阻抗、驱动功率小、控制电路简单、工作频率高、无二次击穿现象等优点主要品牌有：IR、Fairchild、ON、ST、IXYS、Vishay……按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为：耗尽型和增强型；功率MOSFET主要为N沟道增强型15MOSFET16MOSFET17MOSFET18MOSFET19主要参数1、漏极击穿电压BUD

BUD是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值

BUD随结温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。2、漏极额定电压UD

UD是器件的标称额定值。3、漏极电流ID和IDM

ID是漏极直流电流的额定参数；IDM是漏极脉冲电流幅值4、栅极开启电压UT

UT又称阀值电压，是开通PowerMOSFET的栅-源电压，它为转移特性的特性曲线与横轴的交点。施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。5、跨导gm

gm是表征PowerMOSFET栅极控制能力的参数。

MOSFET20MOSFET典型应用21IGBT绝缘栅双极晶体管IGBT，综合了MOSFET和GTR的优点；具有高输入阻抗，开关速度快，工作电压高，承受电流大，驱动电路简单，功率大等优点，逐步取代了MOSFET和GTR的单独使用，广泛应用于变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域主要品牌有：InfineonSemikronMITSUBISHIFujiIRFairchildSanRexSanKenToshiba22IGBT23IGBT24IGBT的基本特性25IGBT的基本特性26IGBT的基本特性27IGBT的基本特性28IPM智能功率模块IPM（IntelligentPowerModule），不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内置有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内藏电流