晶体管及其基本电路.pptxVIP

晶体管及其基本电路第1页/共59页电力电子学的定义：由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的学科，是研究采用功率半导体器件进行功率变换、控制以及大功率电路开关的技术及其应用范围的学科。 晶闸管的优点： 1）用弱电信号控制大功率的电能传输。 2）控制灵敏，反应快。控制时导通及截止快（微秒级）。 3）损耗小，效率高（压降仅1V）。 4）体积小，重量轻。第2页/共59页 晶闸管的缺点： 1）过载能力差。过电流，过电压时容易损坏，要采用保护措施，使用的电压及电流要留余量。 2）抗干扰能力差，易受冲击电压的影响。 3）导致电网电压波形畸变，产生高次谐波分量，对电网产生干扰。 4）控制电路复杂。目前的许多大功率器件已经克服了这些缺点。第3页/共59页 10.1 电力半导体器件分类：1.不可控器件，例如功率二极管2.半控型器件，例如可控硅（SCR)3.全控型器件，GTO，GTR，功率MOSFET，IGBT第4页/共59页第5页/共59页 10.1.1 晶闸管（Silicon Controlled Rectifier—SCR) 1.晶闸管的结构和符号：是可控制的硅整流元件----可控硅。3个PN结的四层三端元件第6页/共59页2.晶闸管的工作原理： 晶闸管具有可控的单向导电性。 1）可控性：既当控制极（G）加电压才导通。 2）单向导通：反向电压时不导通。第7页/共59页将晶闸管等效地看成是两只晶体管的组合:一只为PNP型晶体管,另一只为NPN型晶体管.中间的PN结为两管共用.在A-K和G-K之间加上正向电压,会形成强烈的正反馈,循环下去,晶闸管就导通了.思考题:什么是闸流特性?第8页/共59页晶闸管的特性： 1）起始时若控制极不加电压，则无论阳极加正向电压或反向电压，晶闸管均不导通。 2）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压晶闸管才导通，晶闸管导通同时具备的两个条件。 3）晶闸管导通后，控制极就失去了作用；要使晶闸管由导通变为关断，就要将晶闸管的正向电压降到一定值（正向电压关断或正向电压反向）。 晶闸管PN结间可通过几十A~几千A的电流。第9页/共59页3.晶闸管的伏安特性：(1)伏安特性:晶闸管阳极电压与阳极电流的关系曲线.(2)伏安特性上几个点:正向转折电压UBO(正向不重复峰值电压UDSM);正向重复峰值电压UDRM;UDRM约为UBO的80%.第10页/共59页4)晶闸管的主要参数(1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%.一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压的2倍.(2)额定电流----通态平均电流IT晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.(3)维持电流IH----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关断.第11页/共59页额定电流IT的选取：正弦半波电流的平均值其有效值故式中，K为波形系数为确保安全可靠地工作，一般按下式来选晶闸管，即式中， 为实际通过晶闸管的电流有效值， 为晶闸管允许的电流平均值， 为实际流过晶闸管的电流平均值。 显然，波形系数K值是与电路结构和导通角有关的，可查手册选取。第12页/共59页10.1.２ 其他电力半导体器件　１.双向晶闸管：用于交流电路。相当于两只普通的晶闸管的反并联，或叫交流晶闸管。控制极对电源的两个半周均有触发控制作用。第13页/共59页２.可关断晶闸管（GTO)(1)GTO的控制极可以控制元件的导通和关断，而晶闸管控制极只能控制元件的导通。优点：（1）只要在GTO的控制极加不同极性的脉冲触发信号就可以控制其导通与断开。（2）动态特性比晶闸管好，导通时间差不多，而关断时间短。不足：GTO所需的控制电流远较晶闸管大，例如，额定电流相同的GTO与晶闸管相比较，如果晶闸管需要30μA的控制触发电流．则GTO约需要20mA才能动作。第14页/共59页３.功率晶体管：适用于高电压和高电流的晶体管。优点：（1）正向压降小，功耗小。（2）当基极电流消失或反相时，晶体管立即截止，因而不存在关断问题。缺点：（1）电压和电流额定值低；（2）基极功耗较大。第15页/共59页10.1.3 电力半导体器件的发展现状五个阶段：（1）二极管和晶闸管（2）功率MOSFET，GTO，GTR（3）绝缘栅双极晶体管（ IGBT ）（4）新的大功率型器件：对称栅极换流晶体管（SGCT），集成门极换向晶体管（IGCT）。高集成度模块化是另一个发展方向，如智能功率模块（IPM)。（5）功率集成电路（PIC）及其派生器件将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路集成在同一芯片上。第16页/共59页 10.２ 单相可控整流电路　可组成单相半波，单相桥式，三相