CH1 电力电子器件及驱动和保护1

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1、第一章电力电子器件及驱动和保护1本章主要内容概述电力二极管晶闸管及其派生器件门极可关断晶闸管大功率晶体管电力场效应晶体管绝缘栅双极性晶体管集成门极换流晶闸管其它新型电力电子器件电力电子器件的驱动和保护电力电子器件的串并联技术21.1电力电子器件概述31.1.1Theconceptofpowerelectronicdevices电力电子器件：电力电子装置中实现电能变换与控制的器件。Powerelectronicdevicesaretheelectronicdevicesthatcanbedirec

2、tlyusedinthepowerprocessingcircuitstoconvertorcontrolelectricpower.41.1.1Theconceptofpowerelectronicdevices电力电子器件电真空器件（Vacuumdevices）汞弧整流器（Mercuryarcrectifier）闸流管（thyratron）很少使用半导体器件SemiconductordevicesmajorpowerelectronicdevicesVeryoften:Powerelectro

3、nicdevices=PowersemiconductordevicesMajormaterialusedinpowersemiconductordevices——Silicon5电力电子器件的特征Featuresofpowerelectronicdevices电力电子器件直接用于处理电能，有特征：处理功率能力远大于处理信息类器件处理功率的能力，可从毫瓦级到兆瓦级。工作在开关状态——处理功率大，减小本身的损耗。需信息电子电路控制，中间加驱动放大电路。器件损耗大，器件设计和封装方面必须考虑散热，工作时

4、还必须考虑散热器。61.1.2理想电力电子开关开关处于关断状态Off-state时能承受高的端电压，并且漏电流为零。开关处于导通状态On-state时能流过大电流，且端电压（导通压降）为零。导通、关断切换时所需开关时间为零。小信号也能导通、关断，对信号的延迟时间为零。反复开关不老化。71.1.3电力电子器件的损耗一般来说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。主要损耗通态损耗on-stateloss断态损耗off-stateloss开关损耗Swi

5、tchingloss关断损耗turn-offloss开通损耗turn-onlossPowerlossesonpowersemiconductordevices81.1.4电力电子器件的分类1.根据器件被控制信号所控制的程度分类不可控器件(Uncontrollabledevice)半控型器件(Half-controllabledevice)全控型器件(Fully-controllabledevice)Classificationofpowerelectronicdevices9不可控器件(Uncont

6、rollabledevice)不能用控制信号来控制通断，不需驱动电路。两个端子，器件通断由主电路决定。单向导电。典型器件：功率二极管（PowerDiode）。10半控型器件(Half-controllabledevice)可控制开通但不能控制关断，器件导通后控制端失去控制能力，器件关断决定于外部条件。三端器件。典型器件：晶闸管及派生器件。11全控型器件(Full-controllabledevice)既能控制开通，又能控制关断，又叫自关断器件。常用的有:PowerMOSFET、IGBT、GTO等。1

7、21.1.4电力电子器件的分类2.根据器件驱动信号的类型分类电流控制型器件通过向控制端注入或从控制端抽出电流实现器件的开通、关断。电压控制型器件器件的开通、关断控制是通过加在控制端与公共端之间的电压来实现的，又叫场控型器件或场效应器件。电压控制型器件需要的控制极驱动功率要小得多。131.1.4电力电子器件的分类3.根据器件驱动信号的波形分类脉冲触发型如晶闸管及派生器件。电平驱动型如GTR、IGBT等。141.1.4电力电子器件的分类4.按照器件内部载流子的类型分类单极型Unipolardevices

8、Majoritycarrierdevices双极型BipolardevicesMinoritycarrierdevices复合型Compositedevices15单极型Unipolardevices一种载流子（一般为多子）参与导电的器件。特点：只有多子导电，无少子存储效应，开通关断时间短，典型值为20ns。输入阻抗很高，通常大于40兆欧，电压控制型。电流有负温度系数，不易产生局部热点，二次击穿可能性极小。通态压降高，电压和电流额定值比双极型器件小。适用于功率较小、工