电力电子技术课件：开关电源

任务１全控型器件的认识与检测任务２驱动隔离保护电路的分析任务３斩波器主电路的分析任务４开关电源的工作原理分析１.能够识读全控型器件电气符号。２.能够理解全控型器件基本结构及工作原理。３.理解全控型器件开关特性及主要参数。４.掌握常见全控型器件的检测方法。学习目标任务１全控型器件的认识与检测本次任务的主要内容就是学习GTO、GTR、MOSFET和IGBT等电力电子器件的工作原理、基本特性及主要参数，并完成常见电力电子器件的故障检测。任务描述相关知识可关断晶闸管的结构、等效电路和电气符号ａ)结构ｂ)等效电路ｃ)电气符号一、可关断晶闸管GTO１.可关断晶闸管的结构２.可关断晶闸管的工作原理(１)结构特点GTO可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连。(２)关断过程由于GTO处于临界饱和状态，用抽走阳极电流的方法破坏临界饱和状态，能使器件关断。而晶闸管导通之后，处于深度饱和状态，故用抽走阳极电流的方法不能使其关断。３.可关断晶闸管的特性GTO的阳极伏安特性曲线GTO的关断特性曲线４.可关断晶闸管的主要参数(１)最大可关断阳极电流IATO阳极电流过大时，α1＋α2稍大于1的条件可能被破坏，使器件饱和程度加深，导致门极关断失败。(２)关断增益βoffGTO的关断增益βoff为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IgM之比，βoff通常只有5左右。５.可关断晶闸管的优缺点优点：电压电流容量大(比SCR略小)，在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用，开关速度比SCR高得多。缺点：电流关断增益小，门极负脉冲电流大，驱动较困难；通态压降较大。二、电力晶体管GTRGTR是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管，是电流驱动型全控器件。１.GTR的结构和工作原理２.GTR的开关特性

GTR的开关特性曲线三、电力场效应晶体管MOSFETMOSFET根据其结构不同分为结型场效应晶体管和金属－氧化物－半导体场效应晶体管；根据导电沟道的类型可分为N沟道和P沟道两大类；根据零栅压时器件的导电状态又可分为耗尽型和增强型两类。电力VDMOSFET管结构原理电力MOSFET电气符号２.电力MOSFET的工作原理截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导通：在栅源极间加正向电压UGS。栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。(１)静态特性电力MOSFET的转移特性和输出特性ａ)转移特性ｂ)输出特性(２)动态特性电力MOSFET的动态特性波形四、绝缘栅双极型晶体管IGBT１.绝缘栅双极型晶体管的结构IGBT是三端器件，包括栅极G、集电极C和发射极E，相当于GTR和MOSFET复合，其简化等效电路和电气图形符号如图所示。IGBT简化等效电路和电气图形符号ａ)简化等效电路ｂ)电气图形符号２.绝缘栅双极型晶体管的工作原理IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，其通断由栅—射极电压uGE决定。当uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。栅—射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。五、其他新型电力电子器件１.MOS控制晶闸管MCTMCT是MOSFET与晶闸管的复合，它结合了二者的优点。２.静电感应晶体管SITSIT又称为结型场效应晶体管。３.静电感应晶闸管SITHSITH在SIT的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到。４.集成门极换流晶闸管IGCT５.功率模块与功率集成电路将多个功率器件封装在一个模块中称为功率模块。一、认识全控型器件１.认识GTO任务描述常见GTO外形２.认识GTR大功率晶体管(GTR)是一种电流控制的双极双结电力电子器件。GTR模块外形３.认识电力MOSFET电力MOSFET是一种电压控制型单极晶体管。电力MOSFET外形４.认识IGBT常见IGBT及IPM模块外形二、典型全控器件检测方法１.IGBT的简易测试判断极性。判断好坏。判断IGBT极性方法２.IGCT的简易测试(１)万用表判断法采用万用表只能判断IGCT器件是否击穿，是否已彻底损坏。(２)阻断电压判断法采用阻断电压判断法可以对器件阻断能力特性进行初步检测。１.掌握GTR及GTO驱动电路的作用及要求。２.掌握MOSFET及IGBT驱动电路的作用及要求。３.理解隔离电路类型及作用。４.掌握缓冲电路的组成及工作原理。５.理解保护电路的组成及工作原理。学习目标任务２驱动隔离保护电路的分析本任务的主要内容就是将着重分析几种常见的驱动保护电路。任务描述相关知识一、驱动电路的隔离一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器，磁隔离的元件通常是脉冲变压器。光耦合器的类型及接法ａ)普通型ｂ)高速型ｃ)高传输比型二、电流驱动型器件的驱动电路１.GTR的驱动电路理想的GTR基极驱动电流波形GTR的一种典型驱动电路２.GTO的驱动电路理想的GTO门极电压、电流波形典型的直接耦合式GTO驱动电路三、电压驱动型器件的驱动电路１.电力MOSFET的驱动电路电力MOSFET的一种常见驱动电路M5

7962L型IGBT驱动器的原理和接线ａ)原理ｂ)接线２.IGBT的驱动电路四、缓冲电路缓冲电路既能吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du

/dt，减小关断损耗，又能抑制器件开通时的电流过冲和di

/dt，减小器件的开通损耗。di

/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形ａ)电路ｂ)波形V关断时的负载线五、过电压的产生及过电压保护电力电子装置可能的过电压包括外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。过电压抑制措施及配置位置F—避雷器D—变压器静电屏蔽层C—静电感应过电压抑制电容RC1

—阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2

—阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV—压敏电阻过电压抑制器RC3

—阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4

—直流侧RC抑制电路RCD—阀器件关断过电压抑制用RCD电路过电流保护措施及配置位置六、过电流保护电力电子装置的过电流包括过载和短路两种情况。１.掌握降压斩波电路组成及工作原理。２.掌握升压斩波电路组成及工作原理。３.理解升降压斩波电路组成及工作原理。４.了解开关电源的分类。学习目标任务３斩波器主电路的分析本任务的主要内容是对降压斩波电路、升压斩波电路及升降压斩波电路进行分析，理解降压、升压及升降压斩波电路的工作原理，掌握这三种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。任务描述相关知识一、降压斩波电路１.工作原理如图所示为降压斩波电路及其波形。降压斩波电路及其波形ａ)电路图降压斩波电路及其波形ｂ)电流连续时的波形

ｃ)电流断续时的波形２.数量关系电流连续时，负载电压平均值：升压斩波电路及其波形二、升压斩波电路升压斩波电路及其波形三、升降压斩波电路１.工作原理２.数量关系一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零：

当V处于通态期间，uL＝E，而当V处于断态期间，uL＝－uO。

１.开关电源的结构、功能、特点及用途。２.理解整流器、逆变器和静态开关在开关电源中的作用。３.典型开关电源电路原理分析。学习目标任务４开关电源的工作原理分析本任务的主要内容是学习开关电源的基本知识，并对电路工作原理等进行分析。任务描述相关知识一、认识开关电源电力电子装置电源分为普通电源和特种电源，又可细分为开关电源、交流稳压电源、直流稳压电源、UPS电源和适配器电源等。常见开关电源外形二、开关电源的工作原理稳压电源通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源是指起