第2章 电力电子器件基本特性.pptVIP

第2章 电力半导体器件的基本特性 §2.1 电力半导体器件的种类及应用 §2.2 半导体整流管 §2.3 晶闸管和可关断晶闸管 §2.4 功率场效应管和绝缘栅双极型晶体管 §2.5 电力半导体器件的功率损耗和冷却 重点和难点 电力电子器件的基本模型和分类 电力电子器件指标和特性 应用电力电子器件系统的组成 电力电子器件的驱动和保护类型及原理 §2.1 电力半导体器件的种类及应用 电力半导体器件是电力电子技术及其应用系统的基础。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。 定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。 广义上，电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，本书涉及的器件都是指半导体电力电子器件。 不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（Power Diode）； 半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等； 全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。 二、电力电子器件按控制信号的性质不同又可分为两种： 电流控制型器件： 此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。 如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等； 电压控制半导体器件： 这类器件采用电压控制（场控原理控制）它的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。 如：MOSFET管和IGBT管。 §2.2 半导体整流管 §2.2.1 PN结型整流管 §2.2.2 其它类型的整流管 §2.2 半导体整流管 §2.2.2 其它类型的整流管 除了PN结型的整流管外，还有肖特基整流管、快恢复二极管和同步整流管等。 ① 肖特基整流管：导通压降的典型值为0.4～0.6V（而PN结型整流管的通态压降典型值为1V左右），而且它的反向恢复时间为几十纳秒。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中。 ② 快恢复二极管：它的容量可达1200V/200A的水平，反向恢复时间为10纳秒数量级，常应用于三相380V高频PWM整流/逆变电路中，作为电力半导体器件缓冲吸收回路中的快恢复二极管。 ③ 同步整流管：利用VDMOS管的栅极驱动信号与电源电压同步而构成的具有低导通电阻、低反向恢复时间等优良特性的一种整流器件，已经成功用于48VDC以下电压等级的开关电源的输出整流部分，用来提高高频整流电路的效率，估计可提高效率7%。 §2.3 晶闸管和可关断晶闸管 §2.3.1 晶闸管（SCR） §2.3.2 门极可关断晶闸管（GTO） §2.3.1 晶闸管（SCR） 晶闸管(Thirsted)包括：普通晶闸管(SCR)、快速晶闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 由于普通晶闸管面世早，应用极为广泛, 因此在无特别说明的情况下，本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。 普通晶闸管：也称可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。 由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性(目前生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率低频(200Hz以下)装置中的主要器件。 1、晶闸管及其工作原理 （1）外形封装形式:可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式(额定电流在200A以上), 分别由图2.3.1(a)、(b)、(c)、(d)所示。 （2）晶闸管有三个电极, 它们是阳极A, 阴极K和门极(或称栅极)G, 它的电气符号如图2.3.1(e)所示。 常用大功率晶闸管实物外形 晶闸管的工作原理 要使晶闸管由关断状态转变成导通状态，还有三种情况均无须门极触发信号，属于非正常导通： ① 正向转折导通：提高UAK正向电压，阳极电流IA增加，直至晶闸管转入通态； ② 温度导通：当温度增加时，流过PN结（J2）的反偏漏电流随着增加，直至晶