第2章 电力电子器件概述.ppt

第2章 电力电子器件;电子技术的基础 ——— 电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——— 电力电子器件 本章主要内容： 概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。;2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点 ;1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（Main Power Circuit） ——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 2）分类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管) 半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然; 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。 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。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。;通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。;电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。;主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制的电路。 驱动电路：对控制信号进行适当的放大。 控制电路：由信息电子电路组成，按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。 检测电路：检测主电路中的信号，再根据这些信号和系统的工作要求形成控制信号。 另外，强弱电系统之间通常需要电气隔离（光或磁），不共地，消除相互干扰，提高可靠性。; 半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。(晶闸管） 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。（IGBT） 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。（电力二极管）; 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。;表2-1 各种类型的电力电子器件;本章内容: 介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。;2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2.2.2 电力二极管的基本特性 2.2.3 电力二极管的主要参数 2.2.4 电力二极管的主要类型; Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。;基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。;16; 状态参数;电力二极管与信息电子电路二极管的区别： （1）电力二极管垂直导电结构。使得硅片中通过电流的有效面积增大，可以显著提高二极管的通流能力。 （2）低掺杂N区可以承受很高的电压而不致被击穿。;反向击穿： PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大时，反向电流将会急剧增大，破坏PN结为截止的工作状态。 PN结的反向击穿（两种形式) 雪崩击穿 齐纳击穿 均可能导致热击穿; PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。; 主要指其伏安特性 门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。 与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF 。 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。; 2) 动态特性 二极管的电压-电流特性随时间变化的 由于结电容的存在，电力二极管在零偏置（外加电压为零），正向偏置和反向偏置这三种状态之间转换的时候经历的过度