江苏大学 电力电子技术 课件 电气工程及其自动化（可编辑）.doc

江苏大学 电力电子技术 课件 电气工程及其自动化 2/89 引言 ■模拟和数字电子电路的基础 ??晶体管和集成电路等电子器件 电力电子电路的基础 ??电力电子器件 ■本章主要内容： ◆概述电力电子器件的概念、特点和分类。 ◆分别介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 3/89 2.1 电力电子器件概述 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点 4/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的概念 ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接 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：在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。 ?广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器 件两类，目前往往专指电力半导体器件。 5/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的特征 ◆处理电功率的大小（承受电压和电流的能力）一般都 远大于处理信息的电子器件，是其最重要的参数， ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关 状i态。 ◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工 作时一般都需要安装散热器。 6/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ? 通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。 ? 当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可 能成为器件功率损耗的主要因素。 通态损耗 断态损耗 开关损耗 开通损耗 关断损耗 ?电力电子器件的功率损耗 7/89 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 ■电力电子器件实际应用：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一个系统。 电气隔离 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 8/89 2.1.3 电力电子器件的分类 ■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ?器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 ?主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ◆全控型器件 ?通过控制信号既可以控制其导通、关断。 ?目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ◆不可控器件 ?电力二极管（Power Diode） ?不能用控制信号来控制其通断。 9/89 2.1.3 电力电子器件的分类 ■按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型 ?从控制端注入或者抽出电流来实现器件导通、关断。 ◆电压驱动型 ?在控制端和公共端之间施加一定的电压信号实现器 件导通或者关断的控制。 ■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 ?在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器 件的开通或者关断的控制。 ◆电平控制型 ?通过持续在控制端施加一定电平的电压或电流信号 使器件开通并维持导通状态或者关断并维持阻断状态。 10/89 2.1.3 电力电子器件的分类 ■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ?由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ?由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ?由单极型器件和双极型器件集成混合而成，也称混 合型器件。 11/89 2.1.4 本章内容和学习要点 ■本章内容 ◆介绍不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择 和使用中应注意的一些问题。 ■学习要点 ◆掌握其基本特性（重点）。 ◆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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。 12/89 2.2 不可控器件??电力二极管 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2.2.2 电力二极管的基本特性 2.2.3 电力二极管的主要参数 2.2.4 电力二极管的主要类型 13/89 2.2 不可控器件??电力二极管?引言 ■电力二极管（Power Diode） ?自1950s初期就获得应用，其结构和原理简单，工作可 靠，直到现在仍然大量应用于许多电气设备当中。 ?在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺 少的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖 特基二极管。 整流二极管及模块 14/89 A K A K a I KA P N J b c A K 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 ■电力二极管是以半 导体PN结为基础的, 实际上是由一个面