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[工学]电力电子.ppt

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[工学]电力电子

2.1 概述 电力电子器件在电力电子技术中作为开关元件使用,要求它具有开关速度快、承受电流和电压能力大和开关损耗小等特点。 理想的电力电子器件: 断态时能承受高电压且漏电流很小, 通态时能通过大电流且压降非常低, 通断转换时间短。 2.1 概述 电力电子器件种类很多。根据电力电子器件被控制信号所控制的程度,电力电子器件分为三种。 不控型器件:电力二极管 半控型器件:普通晶闸管SCR及其派生系列(门极可关断晶闸管GTO除外)。 全控型器件:GTO、电力晶体管GTR、功率场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等。还有一些新型电力电子器件,如功率集成模块PIC、智能功率模块IPM等。 2.2 电力二极管 2.2.1 电力二极管的结构 电力二极管的基本结构和原理与信息电子电路中的二极管一样,都是具有一个PN结的两端器件。 不同的是电力二极管的PN结面积较大。 2.2 电力二极管 2.2 电力二极管 2.2.2 电力二极管的基本特性 静态特性、动态特性 ⒈ 静态特性 电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性,即器件端电压与电流的关系。 2.2 电力二极管 ⒉ 动态特性 因结电容的存在,电力二极管在零偏转、正向偏转和反向偏转这三个状态之间转换时,必然经过一个过渡过程,其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性。 2.2 电力二极管 ⒉ 动态特性 关断过程: 2.2 电力二极管 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降的某个值。 这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。 2.2 电力二极管 2.2.3 电力二极管的主要参数 1. 正向平均电流IF(额定电流) 指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下,元件结温达到额定且稳定时,容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。 在选择电力二极管时,应按元件允许通过的电流有效值来选取。对应额定电流IF的有效值为1.57IF。 2.正向电压降UF 电力二极管在规定温度和散热条件下,流过某一指定的正向稳态电流时,电力二极管的最大电压降。 2.2 电力二极管 3.反向重复峰值电压URRM (额定电压) 电力二极管在指定温度下,所能重复施加的反向最高峰值电压,通常是反向不重复峰值电压URSM的2/3。使用时,一般按照两倍的URRM来选择电力二极管。 2.2 电力二极管 2.2.4 电力二极管的主要类型 电力二极管用途: 在AC/DC变换电路中作为整流元件 在电感元件电路中作为续流元件 在各种变流电路中作为隔离、篏位或保护元件。 1.普通二极管 又称整流二极管 多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 2.2 电力二极管 2.快速恢复二极管 反向恢复时间很短,一般在5μs以下 简称快速二极管 快恢复外延二极管 其trr更短(可低于50ns) UF也很低(0.9V左右) 其反向耐压多在1200V以下 2.2 电力二极管 3.肖特基二极管 肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短(10~40ns)。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 电压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 效率高,其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。 肖特基二极管的弱点 反向耐压提高时正向压降会提高,多用于200V以下。 反向稳态损耗不能忽略,必须严格地限制其工作温度。 2.3 晶闸管及派生器件 晶闸管:晶体闸流管,又称为可控硅 (Silicon Controlled Rectifier——SCR) 能承受的电压和电流容量高,工作可靠,在大 容量的场合具有重要地位。 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 晶闸管是一种四层三个PN结,三端大功率电力电子器件。外形、结构、电气符号如图所示。 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 常用晶闸管的结构 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 晶闸管的管耗和散热: 管耗=流过器件的电流×器件两端的电压 管耗将产生热量,使管芯温度升高。如果超过允许值,将损坏器件,所以必须进行散热和冷却。 冷却方式: 自然冷却(散热片)、风冷(风扇)、水冷 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 门极不加电压时,AK之间加正向电压: J1和J3结承受正向电压, J2结承受反向电压, 因而晶闸管不导通, 称为晶闸管的正向阻断状态, 也成关断状态。 当AK之间

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