电力电子技术课件学习2.ppt

1、电力电子技术Power Electronic Technology，第2次电力电子数据老虎钳(1)，2.1电力电子数据老虎钳的概要2.2无法控制的数据老虎钳电力二极管2.3半控制型数据老虎钳晶体闸流管， 2.1电力电子数据老虎钳的概要2.1.1电力电子部件的概念和特征2.1.2应用电力电子部件的系统构成2.1.3电力电子部件的分类、2.1.1电力电子部件的概念和特征、在主电路(Main Power Circuit )电气设备和电力系统中起到直接电力变换和控制作用的电路。 电力电子设备可以直接用于在处理电力的主电路中实现电力转换和控制的电子老虎钳。 2.1.1电力电子数据老虎钳的概念和特征，广义

2、上电力电子数据老虎钳可分为电真空数据老虎钳和半导体数据老虎钳两类。 两种类型中，自从二世纪五十年代以来，电子管(Vacuum Valve )只在非常高的频率(如微波)的高功率射频波电源上使用，而电力半导体老虎钳被汞弧整流器(Mercury Arc Rectifier )、晶体闸流管(Thyratron )等电真空老虎钳所取代因此，电力电子数据老虎钳现在多指电力半导体老虎钳。 功率半导体老虎钳采用的主要材料仍然是硅，2.1.1功率电子数据老虎钳的概念和特征，与处理信息的电子数据老虎钳相比，功率的大小，即电压和电流承受能力是最重要的残奥表，可以处理功率2.1.1电力电子部件的概念和特征，电力电子部

3、件一般在开关状态接通时阻抗小，接近短路，管电压降接近零，电流被外部电路切断时阻抗大，接近切断的电流几乎为零， 管的两端电压在外部电路中，电气电子部件的动态特性(即开关特性)和残奥仪表，电气电子部件的特性是重要的方面，有时也是上升到第一位的重要问题。 在进行电路分析时，为了简单起见多用理想的开关置换，2.1.1电力电子部件的概念和特征，电力电子部件需要在主电路和控制电路之间用信息电子电路进行控制，需要在一定的中间电路放大控制电路的信号，这是电力电子部件的驱动电路为了保证不会因损失散热的热量导致零配件温度升高而破损，在零配件封装上不仅重视散热设计，而且在其工作时一般要安装散热器。导通时在去老虎钳中

4、有一定的导通状态电压降，导通状态损失(On-state Losses )切断时在去老虎钳中有微小的断开状态漏电电流(Leakage Current )，断开状态损失(Off-state Losses )、 2.1.1在形成省电电子数据老虎钳的概念和特征的去老虎钳的导通或关断切换过程中发生导通损失和关断损失，且统称为开关损失； 对于某个去老虎钳来说，驱动电路注入功率也是去老虎钳的发热的原因之一的一般的功率电子去老虎钳的截止漏电电流极小，因此导通损失是去老虎钳的功率损失的主要原因的去老虎钳开关频率高时， 开关损耗增大可能成为脱老虎钳电力损耗的主要原因的2.1.2应用电力电子数据老虎钳的系统构成、电

5、力电子系统：由控制电路、驱动电路、以电力电子数据老虎钳为中心的主电路构成的图1-1电力电子数据老虎钳的实用系统构成， 2.1.2应用了电力电子数据老虎钳的系统构成控制电路，根据系统的动作请求形成控制信号，驱动电路控制主电路中的电力电子数据老虎钳的导通/截止，从而完成系统整体的功能。 另外，应用2.1.2电力电子数据老虎钳的某个电力电子系统需要检测电路(Detect Circuit )。 广义上，大多将驱动电路等主电路以外的电路集中在控制电路中，电力电子系统由主电路和控制电路构成。 主电路的电压和电流一般较大，但控制电路的零配件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，需要驱

6、动电路和主电路的连接目的地、驱动电路和控制信号的连接目的地、主电路和检测电路的连接目的地等电分离，通过光、磁等其他手段将信号2.1.2应用电力电子部件的系统结构，由于主电路有电压和电流的超调量，电力电子部件比主电路的普通零配件高，但由于超电势和接受过电流的能力低，需要在主电路和控制电路中增加保护电路，保证电力电子部件和电力电子系统整体正常工作。 解老虎钳通常具有三个端子(或电极或管角)，其中两个连接到主电路，而第三端子被称为控制端子(或控制电极)。 解老虎钳的导通/截止通过在其控制端子和一个主电路端子间施加一定的信号来进行控制，该主电路端子是驱动电路和主电路的共通端子，一般是主电路电流流过解老

7、虎钳的端子。2.1.3电力电子数据老虎钳的分类如下：根据去老虎钳可由控制电路信号控制的程度，半控制型去老虎钳可由控制信号控制导通，其截止晶体闸流管和大部分派生去老虎钳的截止由主电路接受的电压和电流决定，2.1.3电力电子数据老虎钳的分类， 全特罗尔解老虎钳(Full-controlled Device )是一种能够通过控制信号控制导通和截止双方的自隔离解老虎钳绝缘栅双极晶体管(insulated-gatebipolartransistor )电力增强型场效应晶体管(功率mosfet ) 也简称为功率MOSFET )的可关断男同性恋晶体闸流管、2.1.3电力电子数据老虎钳的分类、无法控制的dev

8、ice无法通过控制信号来控制其开/关驱动电路的功率二极管只需要2个端子，解老虎钳的导通和截止由施加在主电路上的电压和电流决定，2.1.3电力电子数据老虎钳的分类由驱动电路施加在解老虎钳控制端子和公共端子之间的信号的性质决定，电流驱动类型(Current Driving Type )为， 被分类为通过从控制侧注入或引出电流来实现导通或截止的控制电压驱动型(Voltage Driving Type )的控制端子与共用端子之间，仅通过施加一定的电压信号就能够导通/截止的控制电压驱动型的去老虎钳实际上， 根据施加给控制端子的电压，在去老虎钳的两个主电路端子之间产生控制电场，流过去老虎钳的电流的大小和o

9、n/off状态发生变化，因此也称为现场控制去老虎钳和场效应老虎钳，根据2.1.3电力电子数据老虎钳的分类去老虎钳内部的电子和空穴这两种载流子参与导电的情况， 单极脱老虎钳是一种载波涉及导电的脱老虎钳双极脱老虎钳是电子和空穴两种载波涉及导电的脱老虎钳复合型脱老虎钳是单极脱老虎钳和双极脱老虎钳一体混合而成的脱老虎钳2.1.3电力电子器件的分类、电力电子器件分类树， 2.2无法控制的负载老虎钳的电力二极管，2.2.1 PN结电容和电力二极管的工作原理2.2.2电力二极管的基本特性2.2.3电力二极管的主要残奥仪表2.2.4电力二极管的主要类型，2.2.1 PN结电容和电力二极管的工作原理功率二极管(

10、Power Diode ) 结构和原理简单，工作可靠，从20世纪50年代初期开始采用快速恢复二极管和肖特基二极管，分别用于中、射频波整流和反相器、低压射频波整流时， 具有不可替代地位的2.2.1 PN结电容和功率二极管的工作原理、功率二极管的基本结构和工作原理，与信息电子电路中的二极管相同，从以半导体PN结电容为基础的面积大的PN结电容(PNjunction )、两端引线和封装构成的外形来看， 主要有螺栓型和平板型两种封装的2.2.1 PN结电容和电力二极管的工作原理，图1-2电力二极管的外形，结构和电图形符号a )外形b )结构c )电图形符号，2.2.1 PN结电容和电力二极管的工作原理，

11、n型半导体和p型半导体结合构成PN结电容。 边界的电子和空穴的浓度差引起各区多子向别的区的扩散运动(Pervasion Movement )，在对方区内成为少子，界面两侧分别带有正、负电荷，但残留着不能任意移动的杂质络离子。 不能移动这些个的正负电荷称为空间电荷(Space Charge )。 由空间电荷产生的电场被称为内部电场或自建构电场，其方向阻止扩散运动，而对方区域内的少子(本区中为多子)向本区移动，即扩散运动和漂移运动相互连接、不符点，最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成由稳定的空间电荷构成的范围，称为空间电荷区域，根据强调的角度，可以是耗尽层、阻挡层或阻挡层2.2.1

12、PN根据PN结电容和功率二极管的工作原理、PN结电容的正向导通状态电导调制效果，PN结电容在正向电流大时压降还低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结电容为低电阻状态，图1-3 PN结电容的形成， 2.2.1 PN结电容和功率二极管工作原理PN结电容的反关断状态PN结电容的单向式导电性二极管的基本原理是PN结电容的单向式导电性这一主要特征PN结电容的反破坏齐纳击穿和打孔机通过两种形式的雪崩击穿(主要是雪崩击穿)可以引起热击穿PN结电容的电容效应：PN结电容电荷量随施加电压而变化，呈现电容效应，结合电容结电容根据其产生的反应历程和作用的不同分为势垒电容(Barrier Capacitance)C

13、B和扩散电容(Diffuse Capacitance)CD，不施加2.2.1 PN结电容和功率二极管的工作原理、势垒电容(Barrier Capacitance ) 势垒电容的大小与PN结电容截面积成正比，与势垒层的厚度成反比的扩散电容(Diffuse Capacitance )仅在正向偏置时起作用。 正偏压时、顺向电压低时、势垒电容主要是顺向电压高时，扩散电容作为结电容的主要成分的结电容影响PN结电容的工作频率，特别是在高速开关的状态下，其单向式导电性可能变差或无法工作，因此在应用时2.2.1 PN结电容和功率二极管的工作原理是区分功率二极管和信息电子电路中的通常二极管的要素：正向导通时流过

14、大电流，其电流密度大，因此附加载流子的注入电平高， 电导调制效果受引线和焊接电阻电压降等显着影响，电流变化率di/dt大，因此，为了该引线和解老虎钳自身的电感量效果也提高逆耐压，其掺杂大头针浓度低也导致顺向电压下降大， 2.2.2功率二极管的基本特性静态特性所谓的Static State Characteristic，主要是指当施加在功率二极管上的顺向电压为一定值(门限电压UTO )以上时，其伏安图特性变得显着与正向电流IF对应的功率二极管两端的电压UF是其顺向电压下降。 向电力二极管施加反向电压时，只有少子引起的微小数值一定的反向漏电电流(Reverse Leakage Current )。

15、 2.2.2功率二极管的基本特性、图1-4功率二极管的伏安特性、2.2.2功率二极管的基本特性、动态特性(Dynamic Characteristic )的动态特性由于结电容的存在，三种状态之间的转换必定有过渡过程。 这个过程的电压电流特性随时间变化。动态特性主要是开关特性，开关特性反映了导通状态和截止状态之间开关过程的截止过程：截止前出现大的反向电流，伴随明显的反向电压超调量，重新获得反向阻断能力需要花费有会儿时间， 进入关断状态的2.2.2功率二极管的基本特性、延迟时间： TD=t1- t 0电流下降时间： TF=t2- t 1反向恢复时间定(恢复时间) trr=td tf恢复特性的软度：被称为下降时间与延迟