UDS开关特性截止.PPT

* 第七章 新型弧焊电源 主要内容：讲述弧焊逆变器的基本原理、特点和用途。着重介绍开关器件的控制模式，弧焊逆变器主电路的基本形式，并对矩形波交流弧焊电源作简要介绍。 补充内容：常用开关器件介绍 根据器件能够被控制电路信号所控制的程度分类： 1）不可控器件：二极管 2）半控型器件：晶闸管 3）全控型器件：绝缘栅双极晶体管（IGBT）、电力晶体管（GTR）、场效应晶体管（MOSFET）等 1、电力晶体管GTR（ Giant Transistor ） a) 内部结构图 b)图形符号 GTR由三层半导体、两个PN结组成。与小功率三极管一样，有PNP和NPN两种类型，GTR通常多用NPN结构。 主要特点：一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管；在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。其特性有：耐压高，电流大，开关特性好，但驱动电路复杂，驱动功率大；GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。 开关特性： ①截止区：iB≤0，uBE≤0，uBC＜0，集电极只有漏电流流过。 ②饱和区：iB＞Ics/β，uBE＞0，uBC＞0，ICS是集电极饱和电流，其值由外电路决定。 td—延时时间, tr—上升时间，ton—开通时间； ts—储存时间, tf—下降时间，toff为关断时间。 2、功率场效应晶体管（Power MOSFET） (MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor) a) 内部结构图 b)图形符号 S为源极，G为栅极，D为漏极 单极性晶体管 输出特性即是漏极的伏安特性。 转移特性表示漏极电流ID与栅源之间电压UGS的转移特性关系曲线，转移特性可表示出器件的放大能力。 UDS 开关特性： ， 截止 ， 导通 UT为开启电压，又叫阈值电压，典型值为2～4 V 开关过程 (1) 输入阻抗高，属于纯容性元件，不需要直流电流驱动，属电压控制器件，可直接与数字逻辑集成电路连接，驱动电路简单。  (2) 开关速度快，工作频率可达1MHz，比GTR器件快10倍，可实现高频斩波，使开关损耗小。  (3) 为负电流温度系数，即器件内的电流随温度的上升而下降的负反馈效应，因此热稳定性好，不存在二次击穿问题，安全工作区SOA较大。 主要特性： 3、绝缘栅双极型晶体管（Insulated-gate bipolar transistor） 集电极C、发射极E和栅极G a) 内部结构图 b)图形符号 ? a)伏安特性； (b) 转移特性 IGBT的伏安特性反映了在一定的栅—射极电压UGE下器件的输出端电压UCE与电流IC的关系。UGE越高，IC越大。与普通晶体管的伏安特性一样，IGBT的伏安特性分为截止区、有源放大区、饱和区和击穿区。 UCE(TH)为阈值电压，通常为2-6V 开关过程： ton=td(on)+tr toff=td(off)+tf 特点：看做MOSFET和GTR的复合形式，具备两者的优点，驱动功率小，饱和压降低，耐高压和大电流。 开关过程 第一节 弧焊逆变器概述 一、弧焊逆变器的基本组成及原理 组成：输入整流、输入软启动、输入滤波、功率开关组、降压变压器（高变）、输出整流器波电感、电流电压监测、系统调节器(PI)、PWM变换器、驱动器。元件吸收电路、过流、过压、欠压、过热保护电路。 该图中的逆变机制属于：AC-DC-AC-DC。 功率开关组的工作频率大大高于工频： 晶闸管半控器件：f0=2~5kHz 场效应管、IGBT类全控器件：f0=10~20~50~100kHz N1-绕组匝数； f-电源的工作频率； S-磁芯面积。 U1=C f N1S V变压器 W整机 T 焊接电流控制速度 熔滴张力过渡控制 二、开关器件的控制模式 1、定脉宽调频率（PFM-pulsefrequence modulation) 对于晶闸管弧焊逆变焊机，由于它是半控器件，一般是让其在主电路中开通以后，当电流自然过零时自行关断，这样一次导通形成“半波”，他的时间长(脉宽）基本不变，因此要进行电压、电流的调节就只有改变其关断时间toff, T=ton+toff, 通过toff改变，则焊机的频率f也改变，从而形成PFM模式。 该模式对控制系统的校正及材料的利用不利。 弧焊逆变器定脉宽调频率体制示意图 2、定频率调脉宽（PWM-Pulse width modulation) 全控型开关元件：大功率晶体管、功率