电力电子应用技术第4版王楠第1章节电力电子器件.ppt

电力电子器件 1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 全控型电力电子器件 1.5 其他新型电力电子器件和功率模块 1.6 电力电子器件的驱动电路 1.7 电力电子器件的保护、缓冲电路 和串联和并联使用 电力电子器件 电子技术的基础 电力电子器件的概述 1.1.1 电力电子器件的分类和特征 1.1.2 应用电力电子器件的损耗 1.1.3 电力电子控制系统的组成 1.1.4 电力电子器件的分类 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 广义上分为两类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 电力电子器件的概念和特征 3. 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 应用电力电子器件的损耗 电力电子控制系统的组成 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 电力电子控制系统的组成 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。 电力电子控制系统的组成 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。 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： 电力电子器件的分类 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： 本章内容和学习要点 本章内容: 介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电力电子器件的两个基本要求 由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同，可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同于普通电路的要求 不可控器件—电力二极管 1.2.1 电力二极管的工作特性 1.2.2 电力二极管的主要参数 1.2.3 电力二极管的主要类型 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。 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。 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. 电力二极管的静态特性 主要指其伏安特性 2. 动态特性 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