电力电子技术 第1讲.ppt

第1章 电力电子器件 主要内容： 常用电力电子器件分类； 常用电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性、主要参数和安全工作区； 常用电力电子器件的基本驱动电路、缓冲电路和保护方法； 常用电力电子器件的串并联技术。 1.1 引 言 电力电子器件是电力电子技术的基础， 新器件的诞生或器件特性的新进展，都带动了电力电子应用技术的新突破，或导致出现新的电路拓扑。 电力电子应用技术的发展又对电力电子器件提出了更新、更高的要求，进一步推动了高性能、新器件的研制。 电力电子器件在电力电子电路中一般都工作在开关状态，在通态时应能流过很大电流而压降很低；在断态时应能承受很高电压而漏电流很小；断态与通态间的转换时间很短且功率损耗较小。 1.2 电力电子器件的结构、特性和主要常数 1.2.1 功率二极管 1. 功率二极管的结构 2. 功率二极管的工作原理 P型半导体和N型半导体结合一体，其中，N型半导体区电子浓度大，P型半导体区空穴浓度大，因此，N区电子要向P区扩散与P区空穴复合，在N区边界侧留下正离子层， P区空穴要向N区扩散与N区电子复合，在P区边界侧留下负离子层，在交界处渐渐形成空间电荷区； 多数载流子的扩散运动和少数载流子漂移运动到动态平衡，决定空间电荷区的宽度，形成PN结； PN结具有单向导电性，二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。 3. 功率二极管的特性 (1) 功率二极管的伏安特性 (2) 功率二极管的开关特性 4. 功率二极管的主要参数 (1) 额定电压URR 反向不重复峰值电压URSM是指即将出现反向击穿的临界电压； 二极管的额定电压URR（反向重复峰值电压URRM）取反向不重复峰值电压URSM的80％； URRM(或URR)小于二极管的反向击穿电压URO。 (2) 额定电流IFR 功率二极管的额定电流IFR被定义为在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作，其管芯PN结温升不超过允许值时，所允许流过的正弦半波电流平均值 。若正弦电流的最大值为Im，则额定电流为 (1-1) (3) 最大允许的全周期均方根正向电流IFrms 二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms (1-2) 由式(1-1)和(1-2)可得 (1-3) (4) 最大允许非重复浪涌电流IFSM 这是二极管所允许的半周期峰值浪涌电流。该值比二极管的额定电流要大得多。实际上它体现了二极管抗短路冲击电流的能力。 功率二极管属于功率最大半导体器件，二极管参数是正确选用二极管依据。 1.2.2 晶闸管及派生器件 晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR, 普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。 2. 晶闸管的结构 晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。 3. 晶闸管的工作原理 IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑ 欲使晶闸管导通需具备两个条件： 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。 4. 晶闸管的特性 (1) 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性是晶闸管 阳极与阴极间电压UAK和晶闸 管阳极电流IA之间的关系特性。 (2) 晶闸管的门极伏安特性 由于实际产品的门极伏安特性分散性很大，常以一条典型的极限高阻门极伏安特性和一条极限低阻门极伏安