电力电子基础绪论.pptx

电力电子基础;《电力电子基础》绪 论;从1957年美国通用电气公司(GE)开发出第一只晶闸管产品开始，近50年来由于电力电子器件的飞速发展，加上现代控制理论与微处理器技术的进步，可以说电力电子技术已将我们带入一个更加节能、更加环保的绿色时代。 一、电力电子器件的发展 关于电力电子器件的发展分类方法有很多，从1957年世界上第一只晶闸管在美国诞生，到现在，功率半导体器件的发展已形成了四代产品： ;1．第一代产品。以晶闸管及其各种派生器件为代表，由普通晶闸管衍生出快速晶闸管、逆导晶闸管(RCT) 、双向晶闸管(TRIAC) 、不对称晶闸管(ASCR) 等，形成一个SCR 家族。 特点为：不具备自关断能力；由于这一原因，需要在主回路上采取措施（主要是要加入电感与电容，构成复杂的辅助换流关断电路）强迫关断，这样造成装置的体积过大，目前这类器件在大功率的变流装置中仍有应用。其最大电流定额可达到8000A 以上，电压额定可达到12kV。现在研制的光控晶闸管，其额定值可达8kV，4000A。国外发达国家除大容量的晶闸管和特殊品种外， 一般产品已停止生产。;2．第二代产品。以具备自关断能力为代表，主要代表器件有： ①门极可判断晶闸管（GTO）。1964年，美国第一次试制成功了参数为500V/10A的GTO，但在此后的近10年内，GTO的容量一直停留在较小水平，只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。自70年代中期开始，GTO的研制取得突破是七十年代中期发展起来的， 它使半导体电力电子技术进入了自关断阶段，前几年国外产品已达到6kV/6000A/1kHz水平。GTO具有高导通电流密度，高耐压及高阻断、较高dv/d t与di/dt耐量等特点，因而在大容量变流器;中得到广泛的应用。由于它的门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率，以及需要一个庞大的吸收电路，又限制了其应用范围。在超大功率应用场合， 门极可关断晶闸管（GTO）现在已经发展为逆阻断型晶闸管（GCT）或集成门极换流晶闸管（IGCT）。与GTO比较，IGCT的优点为：关断电流分布均匀、容许瞬态损耗大、可省略吸收电路、通断延迟时间仅为GTO的1/10，因而可提高开关频率、延迟时间的分散性小，容易串并联、总损耗为GTO的一半、关断门极电荷仅为1/2 等。这两种用来制造电压源PWM逆变器和电流源PWM逆变器的器件目前都可以在市场上找到，目前火车电力机车的牵引变流器已开始采用IGCT器件。;②巨型晶体管（GTR）。出现于七十年代，现有产品的水平为1800V/800A/2kHz、1400V/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。它在开关电源、电机驱动、通用逆变器等中等频率和中等功率容量的电路中广泛应用。其缺点是存在二次击穿、安全区易受各种参数影响、过流能力低等问题。它的开关速度比GTO提高了一个数量级，80年代未出现的通用变频调速器，其功率器件大多采用GTR，变频调速器的出现，给不少行业带来了革命性的影响→节能降耗，稳定工艺等，充分体现了科学技术是第一生产力的论断。;③功率MOSFET场效应晶体管（MOSFET）。是多子导电的功率MO SFET，其结构较复杂。该器件显著减小了开关时间，很容易达到100kHz的开关频率，冲破了电力电子装置中20kHz的长期障碍，目前的产品已达到60V/200A/2MHz和500V/50A/100kHz。功率MOSFET是低电压( 100V)范围内最好的功率开关器件，但在高电压时其最大缺点是导通电阻随耐压的2.5次方急剧上升，给高功率应用带来很大的困难。八十年代开发出VVMOS(V型槽结构)、VDMOS(垂直双扩散结构)、DMOS(双扩散结构)，才使其从中小功率向大功率扩展，;各大公司相继投产高耐压、大电流、开关速度快的高功率MOSFET，一举打破了双极型功率器件独占市场的局面。九十年代末期功率MO SFET产业界纷纷将开发能力转向采用1μm工艺的沟槽栅(Trench gate)MOSFET研制，不断推出新产品扩大市场。1998年国际整流器公司宣布用于开关电源的功率MO SFET，其结构采用CooMOS工艺技术，其晶体管性能比当时现有的器件高5倍。沟槽结构功率FET缩小了器件元胞体积，增强了器件的雪崩击穿能力，有效地减小了导通电阻，降低了驱动电压。这类器件现在广泛应用于;各种移动信息终端和电源电路中。现在沟槽结构功率MOSFET 的产品型号规格超过100种，漏源额定电压为2 5、55、100、150、200V，其低导通电阻最小分别为3、5.5、8、9、20、40mΩ。生产该种产品的厂家包括：飞利浦、英特西尔、TEMIC半导体、硅电子器件、快捷半导体、通用半导体、三菱电机、日立、APT、国际整流器公司、IR公司、摩托罗拉等。MOSFET还