电力电子器件及驱动和保护介绍.ppt

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* IGBT常与反并联快速二极管封装在一起,制成模块,成为逆导器件 。 ——最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定。 反向偏置安全工作区(RBSOA) ——最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。 正偏安全工作区(FBSOA) 2.7.3 IGBT的擎住效应和安全工作区 * 2.7.4 Specification of IGBT ——正常工作温度下允许的最大功耗 。 最大集电极功耗PCM ——包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 。 最大集电极电流 ——由内部PNP晶体管的击穿电压确定。 最大集射极间电压UCES * 2.8 其它新型电力电子器件 静电感应晶体管SIT 静电感应晶闸管SITH 集成门极换流晶闸管IGCT 电子注入增强栅晶体管IEGT 功率模块与功率集成电路 * Static induction transistor---SIT 结型场效应晶体管---70年代诞生 多子导电,频率与MOSFET相当,甚至更高,容量更大,适用于高频大功率场合。 在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得应用。 缺点: 栅极不加信号导通,加负偏压关断,为正常导通型器件,使用不太方便。 通态电阻较大,通态损耗也大,还未得到广泛应用。 * Static induction thyristor---SITH 诞生于1972年; SITH是双极型器件,有电导调制效应,通态压降低、通流能力强; 特性与GTO类似,开关速度比GTO高得多,是大容量的快速器件; ?一般是正常导通型,也有正常关断型; 电流关断增益较小,应用范围还有待拓展。 * Integrated gate-commutated thyristor 20世纪90年代后期出现,结合IGBT与GTO的优点,容量与GTO相当,开关速度快10倍; 可省去GTO复杂的缓冲电路,但驱动功率仍很大; 目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争,试图最终取代GTO在大功率场合的位置。 * 可控性 驱动信号 额定 电压、电流 工作频率 饱和压降 二极管 不可控 无 最大 有高 有低 小 晶闸管 半控 脉冲电流(开通) 最大 最低 小 GTO 全控 正、负 脉冲电流 大 较低 中 BJT 全控 正电流 中 中 小 IGBT 全控 正电压 较大 较高 较小 MOSFET 全控 正电压 小 最高 大 常用电力半导体开关器件性能对比 * 2.9 电力电子器件的驱动要求 驱动电路是主电路与控制电路之间的接口。 不同电力电子器件有不同的驱动要求,根据触发信号的不同可分为电流驱动型电路和电压驱动型电路。 驱动电路与主电路之间的需要隔离,常采用变压器隔离和光耦器件隔离。 * 2.9.1 晶闸管的触发要求 触发脉冲应有足够的宽度。 一般采用强触发方式,强触发电流峰值可达电平触发电流的3-5倍左右,触发脉冲平台部分电流略大于额定触发电流以保证晶闸管可靠导通。对触发脉冲前沿陡度也有要求。 晶闸管关断时,可在门极加5V左右的负电压以保证可靠关断和一定的抗干扰能力。 I I M t 1 t 2 t 3 t 4 * 2.9.2 GTO的驱动要求 GTO的开通控制与普通晶闸管相似,但对其触发脉冲前沿的幅值和陡度要求更高。 一般需要在器件整个导通期间施加正向门极电压。 驱动电路应包括门极开通电路、关断电路和反向偏置电路。 O t t O u G i G * 2.9.3 GTR的驱动要求 驱动电流波形前沿要陡,以减少开通损耗。 触发时基极电流幅值可达基极饱和电流幅值的二倍。 导通期间要有恰当的基极电流,使它刚好达到饱和状态,以维持低的通态损耗,但又不进入深饱和区。 关断后,应给基-射极提供一4~6V的反向偏置电压,以提高GTR关断时集电极的正向阻断能力 。 t O i b * 2.9.4 电力MOSFET的驱动要求 电压驱动型器件,有高输入阻抗,所需驱动功率较小,驱动电路相对较简单。 要求驱动电路能向栅极提供器件开通所需的10-15V驱动电压,器件关断时需要的一定幅值的负偏压,一般为-5V~-15V。 驱动电压不能太高,如果超过20V,即使电流被限制到很小值,栅源极间的氧化层也很容易被击穿。 专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L,其输入信号电流幅值为16mA,输出最大脉冲电流为+2A和-3A,输出驱动电压+15V和-10V。 * 2.9.5 IGBT的驱动要求 驱动电压脉冲要有足够陡的上升沿和下降沿,可使IGBT快速开通和关断,减小开关时间,从而减小开关损耗。 低阻抗输出特性。 有足够的的驱动功率,使IGBT不致退出饱和而损坏。 驱动电压一般在15V-20V。 关断过程中,栅极施加反偏电压

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