电力电子技术电子教案2.ppt

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1、现代电力电子技术原理与应用第二章功率半导体器件7/17/20211第二章功率半导体器件理想的开关器件关断时可承受正、反向电压（越高越好）开通时可流过正、反向电流（越大越好）开通态、关断态均无损耗状态转换过程无损耗状态转换过程快速完成（越快越好）开关寿命长（允许的开关次数越多越好）7/17/20212第二章功率半导体器件功率半导体器件的状态导通态（on）关断态（off）切换态（换流与换相）7/17/20213第二章功率半导体器件功率半导体器件（实际电力电子开关）可承受单向或双向断态电压可流过单向或双向通态电流导通态和关

2、断态的损耗可接受切换过程的损耗可接受切换速度可接受正确应用时寿命很长7/17/20214第二章功率半导体器件功率半导体器件（实际电力电子开关）F:ForwardR:ReverseB:BidirectionC:ConductingB:Blocking7/17/20215第二章功率半导体器件功率半导体器件分类不控型－整流二极管半控型－晶闸管全控型－GTO、BJT、IGBT、MOSFET……7/17/20216第二章功率半导体器件功率半导体器件及换流技术年谱7/17/20217功率二极管第二章功率半导体器件P-N结型半导体

3、器件单向导电器件非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难7/17/20218功率二极管vDiDKA-+vDiDVB0VF(I)反向阻断区IvDiD0符号实际伏安特性理想伏安特性第二章功率半导体器件7/17/20219晶闸管第二章功率半导体器件四层三端半导体器件半可控电器件（控通不控断）非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难7/17/202110晶闸管vAKiGKA-+iA反向阻断区反向击穿电压反向击穿正向转折电压导通态关断态脉冲电流作用下导通过程vAKiA0导通态导通过程正向阻断反向阻断vAKiA0符号实际伏安

4、特性理想伏安特性第二章功率半导体器件7/17/202111晶闸管第二章功率半导体器件7/17/202112螺栓型晶闸管外观第二章功率半导体器件7/17/202113螺栓型晶闸管外观第二章功率半导体器件7/17/202114平板型晶闸管外观第二章功率半导体器件7/17/202115常用全控型电力电子器件第二章功率半导体器件功率晶体管（巨型晶体管，BJT，GTR）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）绝缘栅型双极型晶体管（IGBT）门极可关断晶闸管（GTO）……7/17/202116功率晶体管第二章功率半导体器件电

5、流控制器件用于中小功率场合（数十千瓦～数百千瓦）开关频率较低（数千赫兹以下）二次击穿问题7/17/202117MOSFET第二章功率半导体器件电压控制器件用于小功率场合（数十千瓦以下）开关频率较高（可至数兆赫兹）无二次击穿问题7/17/202118IGBT第二章功率半导体器件电压控制器件用于中小功率场合（数十千瓦～数百千瓦）开关频率中（数十千赫兹以下）掣住效应问题（寄生晶闸管）该功率等级目前最理想的器件7/17/202119绝缘栅型双极型晶体管（IGBT）vDS-+iDvGS-+GDSvDSiD0vGS0OnOffv

6、DSiD符号实际伏安特性理想伏安特性第二章功率半导体器件7/17/202120小功率IGBT器件外观第二章功率半导体器件7/17/202121IGBT功率模块外观第二章功率半导体器件7/17/202122IGBT功率模块外观（侧面）第二章功率半导体器件7/17/202123IGBT功率模块外观（底面）第二章功率半导体器件7/17/202124GTO第二章功率半导体器件电流控制器件（关断控制电流很大）用于（极）大功率场合（可至数十兆瓦）开关频率低（千赫兹以下）极大功率应用的（几乎）唯一选择7/17/202125电力电子

7、功率模块第二章功率半导体器件电力电子器件的集成电力电子器件与驱动、保护电路的集成电力电子器件与控制电路的集成7/17/202126未来发展趋势高电压大电流低功耗高开关速度第二章功率半导体器件7/17/202127未来发展趋势第二章功率半导体器件7/17/202128电路中的开关器件第二章功率半导体器件KVL与KCL不能违反的电路定律：7/17/202129电路中的开关器件：遵守KVL第二章功率半导体器件7/17/202130电路中的开关器件：遵守KCL第二章功率半导体器件7/17/202131电路中的开关器件：危险的

8、例子第二章功率半导体器件7/17/202132电路中的开关器件：危险的例子第二章功率半导体器件7/17/202133电路中开关器件符号的处理：仅考虑主回路第二章功率半导体器件7/17/202134电路中开关器件符号的处理：进一步简化第二章功率半导体器件7/17/202135电路中开关器件符号的处理：抽象化第二章功率半导体器件7/17/20213