电力电子器件.华北电力大学介绍.ppt

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* 本章小结 主要内容 集中讨论电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用。 全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。 电力电子器件类型归纳 单极型:电力MOSFET和SIT 双极型:电力二极管、晶闸管、GTO、GTR和SITH 复合型:IGBT和MCT * 器件 优点 缺点 应用领域 GTR 耐压高,电流大,开关特性好,通流能力强,饱和压降低 开关速度低,电流驱动型需要驱动功率大,驱动电路复杂,存在2次击穿问题 UPS、空调等中小功率中频场合 GTO 电压、电流容量很大,适用于大功率场合,具有电导调制效应,其通流能力很强 电流关断增益小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低 高压直流输电、高压静止无功补偿、高压电机驱动、电力机车地铁等高压大功率场合。 MOSFET 开关速度快,开关损耗小,工作频率高,门极输入阻抗高,热稳定性好,驱动功率小,驱动电路简单,没有2次击穿 电流容量小,耐压低,通态损耗较大,一般适合于高频小功率场合 开关电源、日用电气、民用军用高频电子产品 IGBT 开关速度高,开关损耗小,通态压降低,电压、电流容量较高。门极输入阻抗高,驱动功率小,驱动电路简单 开关速度不及电力MOSFET,电压、电流容量不及GTO。 电机调速,逆变器、变频器等中等功率、中等频率的场合,已取代GTR。应用最广泛的电力电子器件。 ? 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。 * * 1.5 电力晶体管 P 基区 N 漂移区 衬底 集电极c 基极b 发射极e 基极b c b e 与普通的晶体管基本原理相同。 主要区别:容量足够(耐压高、电流大)、开关速度高。 单管、达林顿管、模块。 达林顿管 电流增益提高、但饱和压降增加、开关速度降低 采用集成电路工艺将许多达林顿单元并联而成 模块 可靠性、性价比 * GTR的静态特性、动态特性以及极限参数与普通晶体管类似,不予详述。 * 功率场效应晶体管,是一种单极型电压控制器件,通过栅极电压来控制漏极电流。 1.6 功率场效应晶体管 电力场效应晶体管Power MOSFET 显著优点:驱动电路简单,驱动功率小,同时开关速度快(开关时间10~100ns),工作频率可达1MHz,不存在二次击穿问题;其缺点是电流容量小,耐压低,通态压降大。 功率场效应晶体管适用于开关电源、高频感应加热等高频场合,但不适用于大功率装置。 * 1.6 功率场效应晶体管 1.6.1 结构和工作原理 1.6.2 特性 1.6.3 参数 * 1.6 功率场效应晶体管 1.6.1 结构和工作原理 增强型 UGS=0时,无导电沟道, ID=0 耗尽型 UGS=0时,存在导电沟道 结型——静电感应晶体管 种类 P沟道 空穴 N沟道 电子 绝缘栅型 功率MOSFET垂直导电 利用V型槽实现垂直导电 VVMOSFET 具有垂直导电双扩散MOS结构 VDMOSFET 小功率MOS横向导电 电压电流能力 * D G S N沟道 D S G P沟道 P N+ N+ N- N+ N+ N+ P 沟道 S G D 无反向阻断能力 无二次击穿,宽安全工作区 多元功率集成器件 * D G S N沟道 当漏、源极间加正向电压,栅、源极间UGS=0时,漏源极之间无电流流过。如在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。但当UGSUT(UT为开启电压或阈值电压)时,漏极和源极导电,流过漏极电流。 * 1.6.2 特性、 1.6.3 参数与MOSFET类似,不再展开讨论。 * 绝缘栅双极晶体管,是一种复合型电压控制器件。 1.7 绝缘栅双极晶体管 IGBT 显著优点:它将MOSFET 和GTR的优点集于一身,耐压高、电流大、工作频率高、通态压降低、驱动功率小、无二次击穿、安全工作区宽、热稳定性好 。 中小功率电力电子设备的主导器件,随着其电压和电流容量的不断升高,有进一步取代GTO的趋势 。 * 1.7 绝缘栅双极晶体管 1.7.1 结构与工作原理 1.7.2 特性 1.7.3 参数 1.7.4 掣住效应与安全工作区 * 1.7.1 结构和工作原理 N沟道MOSFET与双极型晶体管复合而成 ;以GTR为主导元件、N沟道MOSFET为驱动元件的

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