伺服系统第2章课件 电力电子器件.ppt

第2章 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：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。 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的特征 所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，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。 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。 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 ■电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、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。 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 ?主要是指晶闸管及其大部分派生器件。 ?器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。 ◆全控型器件 ?目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ?通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 ◆不可控器件 ?电力二极管 ?不能用控制信号来控制其通断。 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 ?通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。(基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTO和GTR等。) ◆电压驱动型 ?仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制(MOSFET，IGBT)。 ■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 ?通过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(晶闸管和GTO)。 ◆电平控制型 ?必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态(MOSFET，IGBT)。 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。也称为场效应管. 只有多子参与导电,少子不参与导电分为绝缘栅场效应管(MOS管)和结型场效应管(J-FET管).其中,MOS管还分为增强型和耗尽型两种. ◆双极型器件 ?由电子和空穴两种载流子参与导电。 BJT是双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）的缩写，又常称为双载子晶体管。 ◆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。 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, 实际上是由一个面积 较大的PN结和两端引 线以及封装组成的。 从外形上看，可以有 螺栓型、平板型等多 种封装。 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 ■二极管的基本原理——PN结的单向导电性 ◆正向导通状态：当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF。 ◆反向截止状态：当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过。 ◆反向击穿：PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态。 ?按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式 。 ?反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。 ?否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 ■PN结的电容效应 ◆称为结电容CJ，又称为微分电容 ◆结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。 2.2.2 电力二极管的基本特性 ■静态特性 ◆主要是指其伏安特性 ◆正向电压大到一定值（门槛 电压UTO ），正向电流才开始 明显增加，处于稳定导通状态。 与IF对应的电力二极管两端的 电压即为其正向电压降