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汽车电机及驱动技术 课件 第2章 电力电子器件与能量转换电路.pptx

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电力电子器件与能量转换电路;2.1汽车电力电子技术;2.1.2功率半导体器件的定义

功率变换器即为通常所说的电力电子电路(也称主电路),它由电力电子器件构成。

;同处理信息的电子器件相比,电力电子器件的一般特征是:

1)能处理电功率的大小不同,即承受电压和电流不同。

2)电力电子器件一般都工作在开关状态。

3)电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。

4)为保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏,不仅在器件封装上讲究散热设计,在其工作时一般都要安装散热器。

;2.1.3电力电子的系统组成

电力电子系统由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

控制电路按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通或断,来完成整个系统的功能。

;2.1.4功率半导体器件的分类

1.按可控性分类

(1)不可控型器件(UncontrolledDevice)不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路

(2)半控型器件(Semi-controlledDevice)通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。

(3)全控型器件(Full-controlledDevice)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。

;2.按驱动信号类型分类

(1)电流驱动型(CurrentDrivingType)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。

(2)电压驱动型(VoltageDrivingType)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。

3.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类

(1)单极型器件(UnipolarDevice)由一种载流子参与导电的器件;

(2)双极型器件(BipolarDevice)由电子和空穴两种载流子参与导电的器件;

(3)复合型器件(ComplexDevice)由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。

;;2.2功率二极管;2.2.2大功率二极管的特性

1.大功率二极管的伏安特性

二极管阳极和阴极间的电压与阳极电流间的关系称为伏安特性。

;2.大功率二极管的开通、关断特性

(1)大功率二极管的开通过程大功率二极管的开通需一定的过程,初期出现较高的瞬态压降,过一段时间后才达到稳定,且导通压降很小。

;(2)大功率二极管的关断过程;2.2.3大功率二极管的主要参数

1.额定正向平均电流(额定电流)IF

指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下,元件结温达额定且稳定时,容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。

2.反向重复峰值电压(额定电压)URRM

在额定结温条件下,元件反向伏安特性曲线(第Ⅲ象限)急剧拐弯处于所对应的反向峰值电压称为反向不重复峰值电压URSM。

;3.反向漏电流IRR

对应于反向重复峰值电压URRM下的平均漏电流称为反向重复平均电流IRR。

4.正向平均电压UF

在规定的+40℃环境温度和标准的散热条件下,元件通以工频正弦半波额定正向平均电流时,元件阳、阴极间电压的平均值,有时亦称为管压降。

5.大功率二极管的型号

普通型大功率二极管型号用ZP表示,其中Z代表整流特性,P为普通型。

ZP[电流等级]—[电压等级/100][通态平均电压组别]

;2.3晶闸管;2.3.2晶闸管的工作原理

晶闸管是一个具有P1—N1—P2—N2四层半导体的器件,内部形成有三个PN结J1、J2、J3,晶闸管承受正向阳极电压时,其中J1、J3承受反向阻断电压,J2承受正向阻断电压。

;2.3.3晶闸管的基本特性

1.静态特性

静态特性又称伏安特性,指的是器件端电压与电流的关系。;2.动态特性

(1)开通特性晶闸管由截止转为导通的过程为开通过程。

(2)关断特性通常采用外加反压的方法将已导通的晶闸管关断。反压可利用电源、负载和辅助换流电路来提供。

;2.4电力场效应晶体管(MOSFET);;2.工作原理

MOSFET的三个极分别为栅极G、漏极D和源极S。当漏极接正电源,源极接负电源,栅源极间的电压为零时,P基区与N区之间的PN结反偏,漏源极之间无电流通过。

;2.4.2工作特性

1.静态特性

(1)转移特性漏极电流ID与栅源极电压UGS反映了输入电压和输出电流的关系,称为转移特性。

;(2)漏极伏安特性漏极伏安特性也称输出特性,可以分为三个区:可调电阻区Ⅰ,饱和区Ⅱ,击穿区Ⅲ。

;2.开关特性

P-MOSFET是多数载流子器件,不存在少数载流子特有的存贮效应,因此开关时间很短,典型值为20ns,而影响开关速度的主要是器件极间电容。

;P-MOSFET的开关过程如图所示,其中UP为驱动电源信号,UGS为栅极

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