第一章 电力电子器件的原理与特性(PPT-43).ppt

第一章 电力电子器件的原理与特性 要求及重点 要求： 了解电力电子器件的发展、分类与应用； 理解和掌握SCR、GTO、GTR（或BJT）、电力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、电气特性和主要参数。 重点： 各种电力电子器件原理、性能上的不同点，各自应用的场合。 电力电子技术的发展 传统的电力电子技术阶段（1960～1980年） 器件基础：以晶闸管为核心的晶闸管大家族 主要应用：相控整流器、直流斩波器等 基本特征：整流或交流到直流的顺变 现代的电力电子技术阶段（1980年～至今） 器件基础：高频率、全控的功率集成器件 主要应用：脉宽调制（PWM）电路、零电压零电流开关谐振电路、高频斩波电路等 基本特征：进入逆变时期 现代电力电子技术与传统的电力电子技术相比较，有如下特点： 集成化 高频化 全控型 电路“弱电化”，控制技术数字化 多功能化 专用化 ASIC 电力电子器件的发展 第一代电力电子器件 无关断能力的SCR 第二代电力电子器件 有关断能力的GTO、GTR等 第三代电力电子器件 性能优异的复合型器件如（IGBT）和智能器件IPM (Intelligent Power Module) 等 电力电子器件的分类 按其开关控制性能分类： 不控型器件 如电力二极管 半控型器件 如晶闸管 全控型器件 如GTO、GTR、IGBT 按器件内部载流子参与导电的种类分类： 单极型器件 ( MOSFET、SIT等 ) 双极型器件 ( SCR、GTO、GTR等 ) 复合型器件 ( IGBT等 ) 电力电子器件的基本特点 双极型器件 通态压降较低、阻断电压高、电流容量大 单极型器件 开关时间短、输入阻抗高（电压控制型） 电流具有负的温度特性，二次击穿的可能性很小。 通态压降高、电压和电流定额较小。 复合型器件 既有电流密度高、导通压降低的优点； 又有输入阻抗高、响应速度快的优点。 电力电子器件的应用 决定应用场合的基本因素 输出容量 工作频率 应用举例 高压输电 电力牵引 开关电源 晶闸管（SCR） 名称 晶闸管（Thyristor） 可控硅（SCR） 外形与符号 SCR的导通和关断条件 当SCR承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，SCR均处于阻断状态。 当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，SCR才能导通。 SCR在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，SCR仍能导通。 SCR在导通情况下，当主电路电流减少到一定程度时，SCR恢复为阻断。 课 堂 思 考 （一） 调试如图所示晶闸管电路，在断开Rd 测量输出电压Vd是否正确可调时，发现电压表V读数不正常，接上Rd 后一切正常，为什么？（触发脉冲始终正常工作） SCR的工作原理 SCR的特性 SCR的伏安特性 VRSM: 反向不重 复峰值电压 VBO：转折电压 IH ： 维持电流 门极的伏安特性 SCR的主要参数 SCR的电压定额 断态重复峰值电压 VDRM 反向重复峰值电压 VRRM 额定电压 通态（峰值）电压 VTM SCR的电流定额 维持电流 IH 擎住电流 IL 浪涌电流 ITSM（通常为 4?ITA 或更多） SCR的主要参数（续） 通态平均电流 ITA 课 堂 思 考 （二） 通过SCR的电流波形如图所示，Im＝300A试选取SCR的ITA 解：电流有效值 SCR的主要参数（续） 动态参数 断态电压临界上升率 dv/dt 过大的 dv/dt 下会引起误导通 通态电流临界上升率 di/dt 过大的 di/dt 可使晶闸管内部局部过热而损坏 SCR的主要参数（续） 门极参数以三菱公司的TM400HA－M为例 晶闸管家族的其它器件 快速晶闸管（KK、FSCR） 逆导型晶闸管（Reverse Conducting Thyristor） RCT 晶闸管家族的其它器件（续） 双向晶闸管（Bi - directional Thyristor） TRIAC 可关断晶闸管（GTO） 名称 Gate Turn off Thyristor，简称GTO 符号 GTO的关断原理 GTO处于临界导通状态 集电极电流 IC1 占总电流的比例较小 电流增益 GTO的阳极伏安特性 逆阻型 逆导型 GTO的开通特性 ton : 开通时间 td: 延迟时间 tr : 上升时间 ton = td + tr GTO的关断特性 toff : 关断时间 ts : 存储时间 tf : 下降时间 tt : 尾部时间 toff = ts + tf +（tt） GTO的主要参数 可关断峰值电流 ITGQM 关断时的阳极尖峰电压 VP VP 过大可能引起 过