电力电子技术电力电子器件与其应用.pptVIP

第一章 电力电子器件及应用 1.1 概述 电力电子器件的分类 按照器件的控制能力分为以下三类 1.1 概述 按照器件控制参量特征分为两类 电流驱动型：控制端注入或者抽出电流来实现导通或 者关断的控制，如SCR、GTR、GTO 电压驱动型：控制端和公共端之间施加一定的电压信 号控制导通或关断，其本质是通过控制 端上的电压在器件的两个主电路端子之 间产生可控的电场来改变流过器件的电 流大小和通断状态，所以又称为场控器 件，或场效应器件，如IGBT、MOSFET 1.1 概述 按照器件内部载流子参与导电的情况分为三类 单极型器件：仅由一种载流子参与导电的器件； 如MOSFET 双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电 的器件；SCR、 GTR、 GTO 复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成的 器件；如 IGBT 1.1 概述 电力电子器件的一般工作特征 电力电子器件一般都工作在开关状态 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制 —— 驱动电路、控制电路 工作时由于通态损耗、开关损耗等引起发热 —— 器件工作时一般都要考虑散热设计或安装散热器。 1.2 功率二极管 功率二极管的主要类型 普通二极管（General Purpose Diode） 又称：整流二极管（Rectifier Diode） 特征：反向恢复时间较长，一般在5?s以上 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上 1.2 功率二极管 快速恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD） 特征：反向恢复时间为数百纳秒或更长 分为快速恢复和超快速恢复（反向恢复时间100ns以下，甚至达到20～30ns）两个等级。 正向导通压降在1V左右 1.2 功率二极管 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD） 金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，称为 肖特基势垒二极管，简称肖特基二极管 肖特基二极管的特点 反向恢复时间10～40ns，正向恢复过程无明显电压过冲 正向压降一般在0.5V左右 开关损耗和导通损耗比快速二极管小，效率高 反向耐压一般较低，多用于200V以下 反向漏电流较大且对温度敏感，须严格限制其工作温度 1.2 功率二极管 功率二极管封装结构 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装 1.2 功率二极管 静态特性(静态伏安特性） 具有单向导电性 正偏时导通，压降1V左右。 通态损耗： （表现形式为发热） 反偏达到击穿电压前， 仅有很小的反向漏电流流过。 反偏在达到击穿电压UB后， 反向电流急剧增加。 1.2 功率二极管 功率二极管的动态特性 二极管导通与截止状态之间的转换引起PN结电容带电状 态调整，此过程中二极管两端电压、电流随时间动态变 化，反映通态和断态之间的转换特性，又称开关特性。 分为开通过程和关断过程两部分 1.2 功率二极管 开通过程 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（如2V）。 这一动态过程时间被称为正向 恢复时间 tfr。 开通损耗：开通过程电压与电 流形成的损耗 1.2 功率二极管 1.2 功率二极管 功率二级管主要参数 正向平均电流 IF(AV) 即额定电流，在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示） 和散热条件下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平 均值 实际应用按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 1.2 功率二极管 定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数，用Kf表示，即 对于正弦半波电流，假定其电流峰值为IM，则其平均值为 其正弦半波电流的有效值为 1.2 功率二极管 正弦半波电流的波形系数 实际使用中，流过二极管的电流波形并不一定是正弦半波，对于周期性的电流波形都可以计算电流有效值，依据有效值相等的原则，选择二极管额定电流