电力电子基础..doc

电力电子教案 电力电子器件 教学目的与要求 通过本章的学习使学生掌握各种电力电子器件的特性和使用方法。 二、授课内容 电力电子器件的概念、特点和特性。 各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数及选择和使用中应注意的一些问题。 三、重点、难点及学生的要求 1、重点 晶闸管，GTO, GTR, P-MOSFET等 电力电子器件的工作原理，基本特性 及主要参数。 电力电子器件的驱动及保护 2、难点 各类电力电子器件的基本特性。 要求 1) 掌握电力电子器件的型号命名法医及其参数和特性曲线的使用方法。 2) 掌握各类电力电子器件驱动电路的特点。 3) 熟悉各类保护电路的作用及原理。 4) 了解电力电子器件的串并联使用方法 1.1 电力电子器件的概念和特征 电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 概念: 电力电子器件（power electronic device）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件 主电路（main power circuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路 1.1.1 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成 控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。 1.1.2 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： 1)半控型器件: 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 2)全控型器件: 通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。 3)不可控器件 :不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 1．2 不可控器件—电力二极管。 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样 以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。 交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷 PN结的正向导通状态 电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。 PN结的反向截止状态 PN结的单向导电性。 二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 PN结的反向击穿 有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。 PN结的电容效应： PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD 。 势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。 造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素： 正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略。引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响。 承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响。 为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大。 1.2.2 电力二极管的基本特性 1. 静态特性 主要指其伏安特性 开通过程： 电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导通前管压降较大。正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大，UFP越高 。 1.2.3 电力二极管的主要参数 1. 正向平均电流IF(AV) 额定电流——在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的