浙大电力电子技术第一章

《浙大电力电子技术第一章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电力电子技术浙江大学电气工程学院江道灼教授Email：dzjiang@zju.edu.cnTelephone：678999（13675887999）电力电子技术第一章功率半导体器件第二章功率半导体器件的驱动和保护第三章交流-直流(AC-DC)变换第四章直流-直流(DC-DC)变换第五章直流-交流(DC-AC)变换第六章交流-交流(AC-AC)变换第七章谐振软开关技术第八章电力电子在电气工程中的应用功率半导体器件1.1概述1.2大功率二极管1.3晶闸管1.4大功率晶体管1.5功率场效应晶体管1.6绝

2、缘栅双极性晶体管1.7其他新型功率开关器件概述功率半导体器件的定义：基于半导体材料、构成电力电子装置一次电路（主电路）的基本元件功率半导体器件的工作特点：工作在开关状态，且通态电阻很小，压降接近于0（等效于短接），断态电阻很大，漏电流接近于（等效于开断）；工作开关频率较高，存在开关损耗（开通与关断损耗）；工作过程中需承受高电压、大电流。电力电子装置示意图概述理想功率半导体器件：动、静态特性好通态电流大且管压降极低断态漏电流极小且能承受高电压极短的开关转换时间极小的开关损耗（包括通、断态损耗）承受d

3、u/dt与di/dt能力强等概述功率半导体器件的发展大功率二极管产生于20世纪40年代，目前已形成整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管等3种主要类型。20世纪60年代出现了第一代电力电子器件——晶闸管及其派生器件，如逆导晶闸管、双向晶闸管等；70年代出现了第二代自关断型电力电子器件，如GTO、GTR、P-MOSFET等；80年代出现了第三代场控功率半导体器件，如IGBT、IGCT等；80年代末90年代初开始出现第四代电力电子器件：集成功率半导体器件，如IPM等。功率半导体器件的分类1）按可控性分

4、类：不可控型、半控型、全控型2）按驱动信号分类：电流驱动型、电压驱动型、光驱动型大功率二极管为不可控型功率半导体器件，主要用于不可控整流、电感性负载回路的续流等。大功率二级管的结构及符号：(a)符号(b)螺旋式结构(c)平板式结构（I≤200A）（I≥200A）大功率二极管伏安特性(a)实际特性(b)理想特性大功率二极管开通、关断特性(a)开通特性(b)关断特性大功率二极管主要参数1.额定正向平均电流（额定电流）IF2.反向重复峰值电压（额定电压）VRRM3.反向漏电流IRR4.正向平均电压VF（

5、通态压降）5.大功率二级管的型号定义ZP[电流等级]-[电压等级/100][通态平均电压组别]如：ZP50-16为：普通型大功率二极管，额定电流50A、电压1600V晶闸管晶闸管（SCR）的结构(a)螺旋式结构(b)平板式结构(c)符号（I≤200A）（I≥200A）SCR管芯结构原理晶闸管晶闸管的工作原理1.正向阻断、反向阻断（1）导通条件：晶闸管的阳极—阴极之间加正向电压；门极加正向电压，使足够的门极电流Ig流入。（2）关断条件：阳极电流小于维持电流IH以下并经过一段时间。晶闸管晶闸管的工作原

6、理（续）2.内部物理过程晶体管的内部物理过程可用复合三极管效应等效，如下图：集电极电流为另一只晶体管的基极电流，形成正反馈。晶闸管的等效复合三极管效应晶闸管正反馈过程仿真演示晶闸管晶闸管的阳极电流：晶闸管的阴极电流：由以上两式可求出晶闸管的阴极电流：两个晶闸管的共基极电流放大倍数与其发射极电Ia、Ic成非线性正比关系，即当Ia、Ic很小时也很小；随着Ia、Ic的增大而增大。晶闸管晶闸管晶闸管的基本特性一、静态特性1.晶闸管的阳极伏安特性理想特性实际特性①正向阻断高阻区；②负阻区；③正向导通低阻区；

7、④反向阻断高阻区。晶闸管2.门极伏安特性IGFM：门极正向峰电流UGFM：门极正向峰电压PGM：门极峰值功率PG：门极平均功率具有分散性，采用区域表示法IGFMIGTUGTUGFMPGMPGUgIg晶闸管二、动态特性（1）开通特性；（2）关断特性开通过程关断过程晶闸管三、晶闸管的主要参数1、电压参数（1）断态重复峰值电压UDRM（2）反向重复峰值电压URRM（3）晶闸管的额定电压UR取UDRM和URRM中较小值，取整1000V以下（100V一个等级）1000-3000V（200V一个等级）（4）

8、通态平均电压UT(AV)晶闸管2、电流参数（1）通态平均电流（额定电流）IT(AV)单相、工频、正弦半波、角度>170°IT(AV)=I=Ｋf＝Ｉ/IT(AV)=π/2=1.57选择元件：有效电流整流输出：平均电流从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热（2）维持电流ＩH几十mA，结温↑IH↓(难关断)（3）擎住电流ＩL开通过程中，能维持导通的最小电流，一般ＩL＝(2～4)ＩH晶闸管3、其他参数（1）断态电压临界上升率UB0额定结温、门极开路，使元件断→通的最小电压上升率