电力电子技术第三节.ppt

不可控器件——电力二极管 不可控器件——电力二极管 二极管与PN结工作原理 不可控器件——电力二极管 二极管的静态特性 不可控器件——电力二极管 二极管的动态特性：由于结电容的影响，电力二极管在正向偏置、反向偏置和零偏置三种状态之间转换的过渡过程。 不可控器件——电力二极管 电力二极管的主要类型 普通二极管（又称整流二极管Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 正向电流定额和反向电压定额（6kv）可以达到很高 快恢复二极管 恢复时间更短（可低于50ns）， 正向压降也很低（0.9V左右） 反向耐压多在1200V以下。 肖特基二极管 反向恢复时间很短（10~40ns）。 正向恢复不会有明显的电压过冲。 相对于快速二极管，低耐压情况开关损耗和导通损耗明显降低。 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 反向稳态损耗较大，不能忽略，对工作温度敏感。 不可控器件——电力二极管 二极管的常用参数 正向压降UF 电力二极管在正向电流导通时二极管上的正向压降。 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 反向恢复时间trr 二极管由导通到截止、并恢复到自然阻断状态所需的时间。 正向平均电流IF(AV) 在规定的管壳温度和散热条件，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 不可控器件——电力二极管 二极管典型应用 半控型器件——晶闸管SCR 半控型器件——晶闸管 晶闸管的外形，结构和电气符号 A：阳极、K：阴极、G：门极 半控型器件——晶闸管 晶体管的工作原理： 半控型器件——晶闸管 晶闸管静态特性： IG=0，正向电压UA增加时， IA （漏电流）很小； 正向电压超过正向转折电压Ubo，漏电流急剧增大，器件开通。闸管导通压降1V左右； 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低； 如果门极电流为零，维持导通状态，IA需大于维持电流IH 半控型器件——晶闸管 反向伏安特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。 半控型器件——晶闸管 其他几种可能导通的情况 阳极电压过高造成雪崩效应； 阳极电压上升率du/dt过高； 结温较高； 光触发 半控型器件——晶闸管 晶闸管性能特点： 半控性器件； 工作频率1K以下； 耐压等级和电流容量仍是各种器件中最高的，在大功率应用中仍有较多应用。 0~ωt1： u20，但ug=0，VT不导通， i2=0， ud=0，uVT=u2 ωt1~p：u20，触发VT（ug0），VT导通，uVT=0 ， ud=u2 p ~ 2p ： u20，VT电流降为零，不导通，ud=0 ，uVT=u2 半控型器件——晶闸管 晶闸管主要参数 断态重复峰值电压UDRM： 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 反向重复峰值电压URRM ： 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 半控型器件——晶闸管 通态平均电流 IT（AV） (标称电流) 在环境温度为40?C和规定冷却状态下，不超过额定结温时允许流过的最大工频正弦半波电流平均值。 半控型器件——晶闸管 断态电压临界上升率du/dt: 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率 通态电流临界上升率di/dt: 在规定条件下，晶闸管能承受无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。 半控型器件——晶闸管 晶闸管的派生器件 快速晶闸管 双向晶闸管 逆导晶闸管 光控晶闸管 半控型器件——晶闸管 电流容量的确定 周期2p的矩形PWM波，占空比1：4，幅值Im=100A，若选2倍的安全裕量，所选晶闸管的通态平均电流最小为多少 半控型器件——晶闸管 电力电子分析法: 分时段分析 器件开关特性 欧姆定律 环路电压定律 节点电流定律 正极：P区，多子为空穴，带正电 负极：N区，多子为电子，带负电 外部不施加电压时，形成一个稳定的空间电荷区，多子的扩散和少子的漂移平衡 施加正电压时，增强了多子的扩散效应，电荷区减小，形成正向电流 施加负电压时，增强了少子的漂移效应，电荷区增强，阻碍形成反向电流（只能形成反向饱和电流） 结电容：PN结中电荷量随外电压变化而变化，呈现电容特性 结电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态 ----反向关断：由于需要清除过量载流子，由导通到关断的过程需要一个小时间段（反向恢复时间），一般数n*10e-8到n*10e-5之间，如果应用环境频率较高，应注意此参数 特性： 承受正压导通，承受反压关断 正向