渭南师范学院第2章电力电子器件.ppt

第二章、电力电子器件 2.1 、 电力电子器件的基本模型 2.2 、电力二极管 2.3 、晶闸管 2.4 、可关断晶闸管 2.5 、 电力晶体管 2.6 、电力场效应晶体管 2.7 、 绝缘栅双极型晶体管 2.8 、其它新型电力电子器件 2.9 、电力电子器件的驱动与保护 2.1、电力电子器件的基本模型 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。 2.1.1 电力电子器件的基本模型与特性 在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象成下图2.1.1所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。 2.1.1 电力电子器件的基本模型与特性 二、基本特性： （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）外电路来控制。 （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。 2.1.2 电力电子器件的种类 一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类： ① 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）； ②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； ③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： ① 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； ② 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：代表性器件为 MOSFET管和IGBT管。 第二章、电力电子器件 2.1 、电力电子器件的基本模型 2.2 、电力二极管 2.3 、晶闸管 2.4 、可关断晶闸管 2.5 、 电力晶体管 2.6 、电力场效应晶体管 2.7 、 绝缘栅双极型晶体管 2.8 、其它新型电力电子器件 2.9 、电力电子器件的驱动与保护 2.2 电力二极管 2.2.1 电力二极管及其工作原理 2.2.2 电力二极管的特性与参数 2.2.1 电力二极管及其工作原理 一、电力二极管： 1、电力二极管（Power Diode）也称为半导体整流器（Semiconductor Rectifier，简称SR），属不可控电力电子器件，是20世纪最早获得应用的电力电子器件。 2、在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用, 具有不可替代的地位。 二、PN结与电力二极管工作原理： 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 以半导体PN结为基础。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。 二、 PN结与电力二极管工作原理： N型半导体和P型半导体结合后构成PN结: 内电场:空间电荷建立的电场,也称自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动。 空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。 空间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，