电力电子课件第2章电力电子器件

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1、第2章电力电子器件2.1电力电子器件概述2.2功率二极管2.3晶闸管2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件电子技术的基础介绍各种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的一些问题简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等本章主要内容：电力电子器件电力电子技术的基础电子器件：晶体管和集成电路电力电子器件2.1电力电子器件的概述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一.电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念电力电子

2、器件（powerelectronicdevice）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件主电路（mainpowercircuit）——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电力电子器件的特征电真空器件(汞弧整流器、闸流管等电真空器件)半导体器件(采用的主要材料仍然是硅)能处理的电功率大，即器件承受电压和电流的能力大。电力电子器件一般都工作在开关状态。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。为保证不致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

3、上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。电力电子器件的特征主要损耗通态损耗：导通时器件上有一定的通态压降断态损耗：阻断时器件上有微小的断态漏电流流过开关损耗：开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而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，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素电力电子器件的损耗二.应用电力电子器件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

4、检测电路驱动电路RL主电路V1V2图2-1电力电子器件在实际应用中的系统组成三.电力电子器件的分类按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：半控型器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）电力场效应晶体管（电力MOSFET）门极可关断晶闸管（GTO）3）不可控器件功率二极管（PowerDiode）只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断。晶闸管（Thyristor）及其大部分

5、派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定全控型器件通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：1)电流驱动型1)单极型器件电力电子器件的分类2)电压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2)双极型器件3)复合型器件由一种载流子参与导电的器件由

6、电子和空穴两种载流子参与导电的器件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2.2.1功率二极管的结构与原理2.2.2功率二极管的基本特性2.2.3功率二极管的主要类型一.功率二极管结构与原理结构、符号与外形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的。从外形上看，主要有塑封、螺栓型和平板型三种封装图2-2电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号AKAKa)IKAPNJb)c)工作原理PN结的

7、正向导通状态电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。PN结的反向截止状态PN结的单向导电性。二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。功率二极管结构与原理二.功率二极管的基本特性静态伏安特性图2-3功率二极管的伏安特性当功率二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的功率二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当功率二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反

8、向漏电流。IOIFUTOUFU三.功率二极管的主要类型1.普通二极管（GeneralPurposeDiode）又称整流二极管（RectifierDiode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要。正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。2.快恢复二极管（FastRecoveryDiode——FRD）功率二极管的主要