[工学]电力电子学陈坚第二章课件.ppt

第二章 半导体电力开关器件 电力开关器件家族树 电力开关器件发展史 第二章 半导体电力开关器件 2.1.2 半导体二极管基本特性 2.1.3 半导体电力二极管重要参数 半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量二极管使用过程中： 是否被过压击穿 是否会过热烧毁 开关特性 额定电流的定义 额定电流IFR：其额定发热所允许的正弦半波电流 的平均值 。 最大允许全周期均方根正向电流的定义 当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称为最大允许全周期均方根正向电流。 二极管电流定额的含义 如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明： 允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 允许通过正弦半波电流的幅值为314A； 允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。 选择二极管电流定额的过程 求出电路中二极管电流的有效值IFrms ； 求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms 除以1.57； 将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。 半导体电力二极管的开关特性 开关过程，由导通状态转为阻断状态并不是立即完成，它要经历一个短时的过渡过程； 此过程的长短、过渡过程的波形对不同性能的二极管有很大差异； 理解开关过程对今后选用电力电子器件，理解电力电子电路的运行是很有帮助的，因此应对二极管的开关特性有较清晰的了解。 半导体电力二极管的开关特性 二极管开通及反向恢复过程示意图 半导体电力二极管的开关特性 二极管关断过程示意图 半导体电力二极管重要参数 有关半导体电力二极管使用特性和准则的几个重要参数是： 最大允许反向重复峰值电压 额定电流 最大允许的全周期均方根正向电流 最大允许非重复浪涌电流 最大允许的PN结结温和管壳温度 结－壳、壳－散热器热阻 反向恢复时间 半导体电力二极管重要参数 2.1.4 二极管的基本应用 整流 续流 第二章 半导体电力开关器件 2.2 双极结型电力晶体管BJT 基极电流控制集电极电流 2.2.3 电力三极管使用参数和特性 电力三极管的主要特点 第二章 半导体电力开关器件 2.3 晶闸管及其派生器件 2.3.1 逆阻型晶闸管SCR 静态伏安特性 及 dv/dt 防护 例2-1 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIAC 第二章 半导体电力开关器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 第二章 半导体电力开关器件 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET （续1） 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET （续2） 2.5 P－MOSFET的寄生二极管 第二章 半导体电力开关器件 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT IGBT的工作原理 IGBT的静态特性 IGBT的基本特性 开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损耗只有BJT的1/10，与P-MOSFET相当； 相同电压和电流定额时，安全工作区比BJT大，且具有耐脉冲电流冲击能力； 通态压降比P-MOSFET低，特别是在电流较大的区域； 输入阻抗高，输入特性与P-MOSFET类似； 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。 IGBT的等效电路 IGBT的擎住效应 第二章 半导体电力开关器件 *2.7 MOS控制晶闸管MCT 第二章 半导体电力开关器件 第二章 半导体电力开关器件 本章小结 根据开关器件开通、关断可控性的不同，开关器件可以分为三类： 不可控器件：仅二极管D是不可控开关器件。 半控器件：仅SCR属于半控器件。可以控制其导通起始时刻， 一旦SCR导通后，SCR仍继续处于通态。 全控型器件：BJT、GTO、P-MOSFET、IGBT都是全控型器件， 即通过门极（或基极或栅极）是否施加驱动信 号既能控制其开通又能控制其关断 小 结（续1） 根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要求，开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控制型开关器件两大类： SCR、BJT和GTO为电流驱动控制型器件 P-MOSFET、IGBT均为电压驱动控制型器件 BJT要求有正的、持续的基极电流开通并保持为通态，当基极电流为零后，BJT关断。为加速其关断，要提供负的脉冲电流。 P-MOSFET和IGBT要求有正的持续的驱动电压使其开通并保持为通态，要求有负的、